腐蝕環(huán)境中的金屬材料,由于環(huán)境介質(zhì)與材料元素之間的化學與電化學反應,在結(jié)構(gòu)表面容易形成腐蝕損傷,腐蝕損傷處在外界載荷作用下容易萌生微裂紋群;微裂紋之間相互影響、相互促進,最后形成宏觀裂紋;宏觀裂紋繼續(xù)發(fā)展將最終引起結(jié)構(gòu)的破壞。環(huán)境作用下金屬材料的這一破壞過程包括了腐蝕損傷形成、腐蝕損傷處微裂紋萌生與擴展、宏觀裂紋的形成與擴展和失效破壞四個階段。其中,腐蝕損傷及微裂紋成核與擴展階段占結(jié)構(gòu)損傷破壞總壽命的70%～90%。針對環(huán)境作用下材料的這一破壞過程,本文先采用元胞自動機方法,通過MATLAB編程,對結(jié)構(gòu)表面由環(huán)境引起的多點腐蝕損傷及腐蝕坑的演化過程進行模擬;然后將元胞自動機模型中的金屬元胞簡化為分子動力學模型中的原子,選取勢函數(shù)、運動方程和系綜,通過編程,對多點腐蝕坑底部在外界載荷作用下萌生的微裂紋群演化過程進行研究,探討了微裂紋間在不同條件下的相互影響規(guī)律,論文完成了如下主要內(nèi)容:1.闡述了金屬材料在環(huán)境作用下?lián)p傷形成及破壞過程,并介紹了國內(nèi)外關于腐蝕損傷、微裂紋擴展及宏觀裂紋擴展的研究現(xiàn)狀。2.介紹了元胞自動機方法,以及采用元胞自動機方法對金屬材料表面多點腐蝕坑的形成及演化過程進行模擬,并得到了多點腐蝕坑隨時間演化的形貌圖。3.介紹了分子動力學方法的基本理論,其中包括邊界條件、勢函數(shù)、運動方程、積分算法、系綜和控制方法等問題,然后在元胞自動機模擬多點腐蝕損傷的基礎上,采用分子動力學方法對多點腐蝕坑底部在外界荷載作用下的微裂紋萌生及微裂紋之間的相互影響過程進行模擬。
【學位單位】：寧夏大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：O346.1;TG172
【部分圖文】：

廣一２＋邐‘邋＞逡逑？汶電浼逡逑圖２－丨金屬的電化學腐蝕逡逑陽極金屬發(fā)生氧化反應，放出電子，陰極發(fā)生還原反應，吸收電子。其電極反應式如下所示：逡逑陽極：邐Ｍ邋４邋Ｍｎ＋邋＋邋ｎｅ邐（２－２）逡逑陰極：邐２Ｈ＋邋＋邋２ｅ４Ｈ２ｔ邐（２－３）逡逑總反應式：邐Ｍ邋＋邋２Ｈ＋４Ｍｎ＋邋＋邋Ｈ２邐（２－４）逡逑將化學腐蝕和電化學腐蝕進行對比可以發(fā)現(xiàn)，電化學腐蝕實質(zhì)上是形成了一個閉合回路，其逡逑中有電流產(chǎn)生，這種短路的原電池又稱為腐蝕原電池（腐蝕電池）？。逡逑２．３金屬點腐蝕逡逑點腐蝕是由金屬表面局部腐蝕所產(chǎn)生的小孔狀腐蝕坑，簡稱點蝕或孔蝕，如圖２－２。點蝕由于逡逑其發(fā)生較為隱蔽，很難引起人們的注意，其發(fā)生的位置極易出現(xiàn)穿孔破壞，因此很可能造成破壞逡逑性極大的安全事故。逡逑Ａ：Ｖ：，．逡逑圖２－２金屬的點腐蝕逡逑一８邋－逡逑

中有電流產(chǎn)生，這種短路的原電池又稱為腐蝕原電池（腐蝕電池）？。逡逑２．３金屬點腐蝕逡逑點腐蝕是由金屬表面局部腐蝕所產(chǎn)生的小孔狀腐蝕坑，簡稱點蝕或孔蝕，如圖２－２。點蝕由于逡逑其發(fā)生較為隱蔽，很難引起人們的注意，其發(fā)生的位置極易出現(xiàn)穿孔破壞，因此很可能造成破壞逡逑性極大的安全事故。逡逑Ａ：Ｖ：，．逡逑圖２－２金屬的點腐蝕逡逑一８邋－逡逑

孔口直徑一般不大于孔的深度，尺寸介于幾十微米到幾百微米之間點蝕通常沿重力方向向下逡逑發(fā)展，表現(xiàn)為從水平結(jié)構(gòu)表面向下生長，也有少數(shù)出現(xiàn)在垂直表面向內(nèi)發(fā)展，但也有極小概率出逡逑現(xiàn)從結(jié)構(gòu)的下表面向上發(fā)展｜７＇點蝕的斷面形狀如圖２－３所示。逡逑ａ邋．邋ｂ邐ｃ逡逑ｄ邐ｅ逡逑１邋／邐）邋／／Ａ＾ｙ邋／邋／邋）邋ｔ逡逑（水平）ｆ邋（垂直）逡逑圖２－３點蝕的斷面形狀：（ａ）宅深形，（ｂ）橢圓形，（ｃ）寬淺形，（ｄ）皮下形，⑷底切形，（0水平形和垂直形逡逑２．３．２點腐蝕的機理逡逑點蝕的形成及演變主要分為兩個階段：蝕孔成核（發(fā)生）和蝕孔生長（發(fā)展）。點蝕的發(fā)生到逡逑成核需要一個很漫長的過程，其主要是因為金屬材料表面局部組織和結(jié)構(gòu)的不均勻性使表面鈍化逡逑膜的某些部位比較薄弱，從而在該部位極易發(fā)生點蝕成核｜７＇蝕孔一旦形成，孔洞內(nèi)外將會發(fā)生逡逑一系列的復雜變化，促使蝕孔的快速發(fā)展。逡逑０，邋０，邋0，逡逑＂＂Ｉ邋７逡逑陽極＾＾逡逑圖２－４點蝕機理逡逑以不銹鋼在充氣氯化鈉溶液中點蝕的過程為例％邋（如圖所示）

【參考文獻】

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