隨著人們對能源需求的不斷增加,深海海洋油氣開發(fā)已引起了人們越來越大的興趣,隨之而來的是對海洋構筑物的設計和防護提出了更高的要求。由于在傳統(tǒng)的陰極保護工程設計中,大多采用實際測量或經驗估計的方法來掌握電位分布規(guī)律,很難真實的反映構筑物的實際狀態(tài),為了確保安全,往往采用較大的安全系數,不但會造成金屬材料的浪費,而且還會在構筑物的局部造成保護不足或過保護。 本文研究了邊界元方法(BEM)利用數值仿真技術對陰極保護狀態(tài)下的海洋構筑物的保護狀態(tài)進行模擬,從而獲得陰極保護狀態(tài)下的金屬材料的電位分布。采用常數單元對于二維問題進行了研究,推導出了邊界積分方程的離散化形式,并結合陰極保護環(huán)境下的陽極和陰極的極化曲線作為邊界條件,建立了線性方程組。采用Newton-Raphson迭代法和分段擬線性化的方法對邊界條件做了線性化處理,應用FORTRAN語言開發(fā)出陰極保護的邊界元仿真求解程序CPBEM,并利用該程序選擇合適的算例進行了驗證,結果表明該程序是有效和可行的。 通過管線鋼在不同溫度海泥埋片的腐蝕失重實驗,證明了如果有充足的氧的供給的情況下,溫度每增加10oC,腐蝕速度便增加一倍。陰極保護系統(tǒng)數值仿真的精確度最主要的影響因素就是陰極和陽極的極化曲線。而金屬材料的極化曲線往往受到多種環(huán)境因素的影響,本文系統(tǒng)的討論了在海泥介質中兩種管線鋼的腐蝕行為,對管線鋼極化行為產生影響的各種環(huán)境因素,以及這些因素與金屬的腐蝕速度之間的關系。首次將灰關聯分析的手段運用到海泥介質的腐蝕,研究了環(huán)境因素對于ERW,SML兩種管線鋼在海泥中的腐蝕速率的影響。
【學位單位】：中國科學院研究生院（海洋研究所）
【學位級別】：博士
【學位年份】：2005
【中圖分類】：P75
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 腐蝕與陰極保護
        1.1.1 腐蝕原理和防護
        1.1.2 陰極保護的原理和應用
    1.2 研究工作進展
        1.2.1 數值方法產生的背景
        1.2.2 有限差分法
        1.2.3 有限元法
        1.2.4 邊界元法
        1.2.5 應用對比
    1.3 研究背景和內容
第二章 腐蝕電化學場模型
    2.1 邊界元原理
        2.1.1 邊界元的求解
        2.1.2 求解的邊界條件
        2.1.3 拐角問題的處理
    2.2 腐蝕控制方程
    2.3 陰極保護數學模型
        2.3.1 邊界條件
        2.3.2 數學模型
        2.3.3 非線性條件的處理
    2.4 本章小結
第三章 邊界元仿真程序設計
    3.1 程序設計框架
        3.1.1 程序構成
            主程序CPBEM
            子程序INPUTPC
            子程序GHMATPC
            子程序SLNPD
            子程序INTER
            子程序OUTPT
    3.2 程序計算算例
        3.2.1 算例1：牛頓法模擬電偶腐蝕
        3.2.2 算例2：海泥中帶有犧牲陽極的管線
    3.3 本章小結
第四章 管線鋼在海泥中的腐蝕行為
    4.1 管線鋼在海泥中的埋片實驗
        4.1.1 引言
        4.1.2 實驗材料
        4.1.3 實驗條件及操作
        4.1.4 結果與討論
        4.1.5 腐蝕成因探討
    4.2 環(huán)境參數測量
        4.2.1 實驗操作
        4.2.2 結果與討論
    4.3 運用灰關聯分析研究環(huán)境因子對管線鋼腐蝕的影響
        4.3.1 引言
        4.3.2 環(huán)境因子、腐蝕參數及灰關聯度的獲取
        4.3.3 結果與討論
    4.4 管線鋼在海泥中的極化行為
        4.4.1 引言
        4.4.2 實驗過程
        4.4.3 結果與討論
    4.5 本章小結
第五章 總結論
參考文獻
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致謝

【引證文獻】

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本文編號：2863290