基于相场法的钢结构应力腐蚀开裂数值模拟
计算工程、金融与科学
2025-06-09 v1
摘要
本研究提出了一种新颖的力-电-化学耦合公式，利用相场法预测钢结构中的应力腐蚀开裂（SCC）现象。SCC 是一种由腐蚀电解质环境中机械载荷与腐蚀相互作用引发的复杂损伤过程。所提出的公式引入了一个新的相场参数，该参数聚合了由机械载荷和电化学腐蚀引起的损伤。为实现这一目标，控制 SCC 现象的内能分离为弹性-损伤应变能、界面反应能以及由腐蚀离子浓度变化产生的能量。Allen-Cahn 方程被修正以纳入所有能量贡献并计算相场参数。此外，向机械能中引入了一个特定的界面动力学系数，以考虑腐蚀电流对力学性能的影响。Cahn-Hilliard 方程被用于模拟域内的腐蚀离子浓度，并通过求解平衡方程获得物体的力学状态。给出了若干数值算例以验证所提公式的鲁棒性和准确性。最后，将该方法应用于预测两个实际工程问题中由 SCC 引起的裂纹扩展，取得了有前景的结果。
引用
@article{arxiv.2307.16739,
title = {Numerical Modeling of Stress Corrosion Cracking in Steel Structures with Phase Field Method},
author = {M. Askari and P. Broumand and M. Javidi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2307.16739},
year = {2025}
}
备注
SCC, Phase field method, Mechano-Electro-Chemical damage, Finite Element method, Steel Structures