【304不锈钢腐蚀演化过程数值模拟分析4100字】

304不锈钢腐蚀演化过程数值模拟分析目录TOC\o"1-3"\h\u26117304不锈钢腐蚀演化过程数值模拟分析 187801.1腐蚀损伤模拟的元胞自动机模型 1216021.2元胞移动规则 3200431.2.1参数设定 585141.2.2边界条件 5211791.3腐蚀损伤演化模拟形貌图 6计算机技术更迭创新的进程迅速，诸如顶点法、相场法、蒙特卡洛方法和元胞自动机等用于模拟数值的方式被广泛开发，已被广泛用于研究材料的温度变化和微观结构。最普遍用到的是元胞自动机和蒙特卡罗法。本章创建了一个基本模型，该模型使用元胞自动化方法，在充分参照不锈钢304腐蚀机制的基础上来模拟腐蚀破坏的演变过程。1.1腐蚀损伤模拟的元胞自动机模型在空间限制的状态下，元胞以特殊状态分布在单元格网格上，并且时间状态和某些规则确定了元胞的临近下一时刻状态。例如，“高”或“短”，“黑”或“白”或板上的任何位置等因素[59]；根据元胞自动机的组成，各个领域的专家和科学家都认为，根据各种解释，物理学家是按照一定规则的动态系统，它们随着时间的推移从一个独特的空间演化成一个有限的空间。生物学家认为，这是一种表达生命和死亡等生命现象的方式。结合集合论，数学家给出了元胞自动机的第二种定义。典型的代表观点是L.P.赫德（Hurd）和库里克（K.Culikisation）是美国人对1990年代总体前景的描述。根据元胞自动机的组成，人类将属于有限状态下的一个元胞的状态集定义为，在给定时间对应于一个元胞的状态为，并且是的子集。是元胞环境的半径，是整数集。在维空间中，时间参数设置为。如果选择一维单元状态（例如，），则可以将整数状态集的分布表示为，以便单元的动态变化取决于变化规则函数和时间参数。该系列表示如下： f:StZ单元格通常根据局部法线函数在位置网格中不断变化。在一维空间中，元胞及其邻居的状态用表示，局部规则函数表示如下： f:St在公式5-2中，局部规则函数是单元状态改变之前的一组输入，也是单元的后续状态输出的一组。实际上，局部规则功能是输入和输出集之间转换的规则[60]。在单元空间中，统一时间参数下的空间空间根据局部规则的功能实现动态演化。至此，元胞自动化系统的演进功能如下： f(ct+1公式5-3在有限空间网格的单元格中。移动机器模型是基于元胞机器的组件构建的。由金属腐蚀引起的损坏从元胞空间转换为元胞自动模型。与模型的元胞部分相对应的电解质是几种元胞类型的组合，腐蚀的发展是局部规则函数，时间参数和元胞晶格形成腐蚀破坏系统。腐蚀是腐蚀性介质与金属之间的接触，并且会发生化学反应。假设腐蚀系统是受控扩散系统，并且腐蚀过程仅在金属/电解过程中在液体界面处发生[61-63]，而与电化学腐蚀模型中的阴极和阳极无关。用于将金属材料溶解在水溶液中的公式如下： Me+H2尽管反应产物对腐蚀破坏有影响，但基于金属对金属的电化学腐蚀破坏的机制，仍使用元胞自动化模型将腐蚀系统离散化为特定的元胞，并定义了元胞转换规则以模拟金属结构的腐蚀。在腐蚀损坏系统中，元胞参数如表5-1所示：表5-1腐蚀损伤系统元胞构成元胞类别元胞名称元胞规则方向金属元胞M固定不动无腐蚀性元胞C随机移动上下左右水分子N在溶液中移动上下左右系统中有三种类型的单元。在损坏的腐蚀系统中，金属单元的状态空间是固定的，并且不能在时间空间中自由移动。代表溶液中的腐蚀性元胞，可腐蚀金属元胞。在解决方案系统的每个阶段，都可以选择任何方向向上，向下，向左和向右移动。当腐蚀性元胞的移动方向处于元胞的状态位置时，即腐蚀性元胞被腐蚀。当前，单元格的位置在单元格中。代表溶液中的水分子，腐蚀池可以根据需要放置，也可以填充腐蚀池的位置。在模型中，使用单独的空间来描述系统。膜/电解质的动力学特性，金属腐蚀是由在单独的时间内改变元胞空间的规则定义的[64]。在二维正方形空间中形成了腐蚀损伤的系统模型，该模型可以通过接受周期性边界条件在无限空间中扩展。如图5-1所示，这是用于模拟腐蚀破坏的方法的模型图。图1.1CA腐蚀损伤系统模型在图1.1中，腐蚀系统由两部分组成：金属和腐蚀液。上部是由黄色腐蚀性介质元胞和淡水分子元胞组成的溶液促进剂。下部是金属部分，是金属元胞。在该系统中，被设置为固定的，并且和可以随机发送。如果元胞和界面变成腐蚀性环境（由元胞和元胞组成的腐蚀性溶液），则中间元胞会腐蚀，金属元胞可能会腐蚀。向上，向下，向左，向右，向前或向后随机移动。水分子元胞和腐蚀性介质元胞可能需要元胞的位置，而与的比例就是溶液的浓度。1.2元胞移动规则在腐蚀破坏模型中，金属材料均匀分布在单元网格上的单元中。例如，在二维模式下，是90000个单元的网格。在相同的网格模式下，网格对应于90000个单元。腐蚀性介质和溶液中的水被分为特定的单元格和。根据腐蚀性环境中不同类型单元格的不同属性的规则，公式5-5的腐蚀反应过程表示为腐蚀系统型号： M+C→C （5-5）腐蚀反应有时会进行。当金属在金属部分和溶液部分之间的界面处溶解时，排空金属元胞的位置，并任意给腐蚀保护系统中的元胞或元胞充电。移动单元具有4个移动方向。随着时间的流逝，所有和单元会同时随机移动，并随机选择放置相邻位置。如图1.2所示。图1.2二维元胞自动机4邻居模型1.如果单元格在随机运动期间指向单元格，则下一个状态是单元格是的位置。当该位置被占据时，元胞分解并消失，并且水分子的元胞充满该元胞。单元的原始位置；2.如果元胞周围是水分子元胞和元胞，但是腐蚀性元胞的下一个状态不表示，则金属元胞的位置不会改变；3.如果与金属单元相邻的所有邻居都是同一单元或单元，则金属单元的网络状态保持固定；4.当单元格在相同类型的单元格中随机移动时，单元格的位置不会更改，并且在下一时刻，将随机选择相邻位置；1.如果在下一个时刻由指示的周围位置为空，但同时周围移动小区的状态指向相同的位置信息，则每个元胞仍保持其原始位置状态并在下一个时刻保持，然后随机选择相邻的位置；6.如果单元的状态为空，并且周围的单元未指示状态，则在相邻网格中的某个点，单元的下一个状态将跳到目标网络。在所有元胞中，腐蚀性元胞具有最特定的特性和运动规则。随时选择任意运动方向是影响腐蚀方式的最重要因素。使用以下过程控制单元的任意方向：A=zeros(Ny,Nx);%生成二维空间的一个零矩阵B=randperm(Ny*Nx);%生成1到90000的随机排列的行矩阵A(B(1:round(Ny*Nx/4)))=1;%随机选取四分之一的移动方向，1表示向上A(B(round(1+Ny*Nx/4):round(2*Ny*Nx/4)))=2;%随机选取四分之一的移动方向，2表示向下A(B(round(1+2*Ny*Nx/4):round(3*Ny*Nx/4)))=3;%随机选取四分之一的移动方向，3表示向左A(B(round(1+3*Ny*Nx/4):round(Ny*Nx)))=4;%随机选取四分之一的移动方向，4表示向右1.2.1参数设定如表5-2所示，为CA腐蚀损伤模拟系统所涉及的参数：表5-2腐蚀损伤模拟参数时间步长Nt温度（℃）T腐蚀溶液浓度（C:(C+N)）c溶解概率P300200.30.3900200.30.31500200.30.32100200.30.3腐蚀溶液的浓度定义为腐蚀性元胞的数目与可移动元胞总数的比率，即元胞和水分子的总和。例如，，浓度越高，腐蚀性越强，腐蚀反应速率越快，在模拟中以矩阵表示，如图1.3所示：图1.3矩阵的映射框图1.2.2边界条件模拟系统选择二维模式。腐蚀性溶液的上限和下限没有独立连接和断开。使用非周期限制，如图1.4所示。水平层和不彼此直接连接。上层单元不能随机上升，下层单元不能随机下降。在二维元胞自动机中，非周期性边界条件用于满足边界属性。图1.4系统横向的非周期型边界在二维模型中，左边界和右边界通常是由无限相对边界连接的状态。因此，在模拟系统中，我们选择在扩散过程中满足此特性的周期极限，以使腐蚀液的浓度比固定。从图1.5（a）可以看出，垂直分布的腐蚀液使用1到8个垂直行来表示单位空间。当扩展到周期性边界时，仅右边缘的第8列和第7列会连续扩展，而从左侧开始的第一条垂直线和第二条垂直线将扩展至最右侧，如图1.5（b）所示。（a）（b）图1.5系统的纵向周期型边界1.3腐蚀损伤演化模拟形貌图1.均匀腐蚀损伤形貌图从微观电化学腐蚀到宏观结构腐蚀破坏，金属腐蚀本质上是不同的。由于金属材料的多样性和许多环境因素，常见的腐蚀类型包括单孔腐蚀，多孔腐蚀，均质腐蚀和喷砂腐蚀，蚀，单缝腐蚀过程（例如腐蚀和多槽腐蚀）是自发且复杂的过程，范围从微观到宏观。方法用于定义特定的单元格类型，这是模拟腐蚀破坏的系统，如表5-1所示，左右边界条件为左右，腐蚀破坏的发生过程可以表达： M+C+N→C+N （5-6）均质腐蚀是结构表面腐蚀的一种。为这种类型的腐蚀制定元胞运动转换规则，并创建一个模拟程序，以使腐蚀破坏顺利进行。表5-2中显示了仿真参数的设置，该设置与Matlab应用程序相关，该程序可模拟出均匀形状的变化以及在不同条件下由金属腐蚀引起的破坏量的即时变化，在这种状态下腐蚀到描述腐蚀速率的程度的金属元胞。如图1.6所示：（c）Nt（c）Nt=1500c=0.3p=0.3T=20（d）Nt=2100c=0.3p=0.3T=20（a）Nt=300c=0.3p=0.3T=20（b）Nt=900c=0.3p=0.3T=20（c）Nt=1500c=0.3p=0.3T=20（d）Nt=2100c=0.3p=0.3T=20图1.6不同条件下均匀腐蚀瞬像图与腐蚀速率在图1.6中，结构的厚度随着时间的推移而变薄。从图a，b，c和d可以看出，随着步长从300增加到2100，结构的腐蚀程度逐渐加深，结构的形状趋于变得更加复杂，并且有效残留物逐渐增加，厚度逐渐减小并生锈，金属元胞的数量逐渐减少，腐蚀逐渐减慢。2.单坑腐蚀损伤形貌图单坑腐蚀也称为点蚀。这意味着腐蚀发生在结构的某些位置，并继续扩散到结构的表面和内部。腐蚀井的类型大致为窄而深，宽而深，宽和浅，窄和浅，在厘米到微米和微米到毫米的尺度上，形状复杂并且分布相对集中。表5-3列出了交流腐蚀破坏系统中的单井腐蚀破坏参数：表5-3单坑腐蚀损伤参数时间步长Nt温度（℃）T腐蚀溶液浓度（C:(C+N)）c溶解概率P300200.10.3600200.10.3900200.10.31200200.10.3制定规则，以根据在金属表面上特定位置随机发生的单个孔腐蚀的性质来改变元胞的运动，并创建一个模拟程序来开发由单孔腐蚀引起的破坏。定义了不同的条件，如表5-3所示，并与Matlab应用软件进行了组合仿真，从而获得了一个金属井中腐蚀损伤模式的变化以及在不同条件下腐蚀的金属元胞数量的变化的瞬像形貌。如图5-7所示，描述腐蚀速率的时间步长和相应条件。图1.7假定腐蚀始于金属表面的中间。穿刺腐蚀继续扩大，点蚀逐渐增