Nebraska-Lincoln大學的工程師們已經成為第一個開發出腐蝕預測模型的團隊,這一模型可以看穿腐蝕的表面,更好地預測其蔓延態勢。
研究員們稱,該模型獨特的功能使得工程師們可以更加準確地預測毀滅性結構失效,做出更好的設計,使材料更不易受到這蔓延開來的問題的影響。
這一新的模型模擬了點狀腐蝕的速率和剖面,點狀腐蝕是一種格外有說服力的損壞形式,而且很難察覺到,最終可能引發整個結構的坍塌。
最典型的情況是,腐蝕伴隨著物體表面和液體溶液(如水)之間的化學作用而發生。就像它名字說的那樣,點狀腐蝕特別地產生許多小洞,這些小洞可以從里到外地危害結構完整性。
Nebraska-Lincoln大學Ziguang Chen 和Florin Bobaru(從左向右依次為)的研究
已經創造出一種新的模型,能夠更好地預測腐蝕的影響。這一研究成果發表在2015年2月27日
Journal of the Mechanics and Physics of Solids的網絡線上版本中。
模型的共同創造者和機械材料工程教授Florin Bobaru說:“如果你能夠模擬一個過程,那是非常好的第一步,嘗試改善一種材料或結構的設計。一旦你有那樣的理解,你可以說‘我知道這一片已經被腐蝕,但是它將會再維持2年’或者‘我最好下個月就換掉它,因為有條裂縫很可能會徹底裂開,從而破壞整個結構’。”
在將該模型公式化的過程中,Florin Bobaru教授和博士后研究員Ziguang Chen調查了已有的單面組件的腐蝕實驗數據,其中包括金屬線。然后他們再根據他們的模型對參數進行校準,最后發現腐蝕破壞的模擬結果和實驗結構十分相似。
經過修改模型的數學公式和相關代碼,Florin Bobaru教授和博士后研究員Ziguang Chen詳述了這一模型,可以復制二維或三維結構的腐蝕情況。這個團隊開發出的這個模型不僅可以應用于金屬材料,也可以應用于非金屬材料,不僅可以捕獲鋼柱上銹蝕的發展情況,也可以捕獲混凝土街道上坑坑洼洼的演變進程。
Florin Bobaru教授說:“為了嘗試模擬這種情況,人們已經努力了很多年,但是進行得并不順利,因為很難追蹤腐蝕溶液和固體材料的界面是如何隨時間而變化的。”
據Florin Bobaru教授稱,事情進展得不順利,一部分歸因于對那個界面的錯誤理解,之前的研究通常將之視為一層膜,將原始的金屬表面和腐蝕性溶液分隔開。

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