應力腐蝕開裂仿真的案例
【CAE案例】應力腐蝕開裂（SCC）的有限元仿真
圖2 晶體的有限元建模
應力腐蝕有兩種不同的類型，一種是沿晶腐蝕，另外一種是穿晶腐蝕，穿晶腐蝕的機理更加復雜。目前有限元仿真可以對沿晶應力腐蝕的過程做出仿真。首先需要確定所有晶粒之間的邊界，從而進一步在仿真中得到發生應力腐蝕開裂的路徑。如下圖所示找出了所有的晶體邊界。
圖3 開裂路徑的設置
應力腐蝕過程存在著三個階段：潛伏階段、裂紋萌生階段以及裂紋傳播階段。在潛伏階段中，晶體微結構受到應力作用和晶間腐蝕作用的影響，但是并沒有裂紋生成。在裂紋萌生階段中，裂紋開始生成，但是裂紋穿透深度很小。之后裂紋逐漸擴展，達到裂紋傳播階段，此時裂紋擴大至可以穿過整個晶間區域。有限元仿真的一個難點在于準確的判斷出不同的晶粒間所處的應力腐蝕的階段，為此相關研究人員開發出了一套如下圖所示的具體仿真流程。
圖4 應力腐蝕開裂仿真流程
仿真過程中可以通過不同晶粒之間的PH值判斷是否發生氧化?？紤]到本研究是基于有限元的斷裂力學仿真，并沒有引入多物理場。氧化一般會發生在金屬與水的交界面上，當判斷晶粒間出現氧化后，會給晶粒間一個更小的臨界切應力，使得裂紋萌生的過程更容易發生。
首先，需要計算裂紋出現前晶體結構上的應力結果，再根據應力計算結果，基于開裂準則來判斷裂紋是否萌生。下圖中展示了（100）（111）（110）晶向交界處的平均等效應力計算結果。
圖5
晶體截面上平均等效應力的計算結果
再依據開裂準則可以判斷出裂紋是否萌生和傳播擴展，接下來就可以進一步對應力腐蝕開裂處的上下邊界進行平均等效應力計算。下圖展示了發生應力沿晶腐蝕后，每個高斯積分點上的等效應力計算值統計結果。
展開 螺旋管的橢圓型缺陷應力腐蝕仿真 ￥1000
應力腐蝕是指在特定應力條件下，金屬材料遭受腐蝕破壞的現象。它是由金屬表面與介質接觸時的化學反應和材料內部的應力相互作用導致的。應力腐蝕通常發生在金屬材料表面受到應力作用的情況下，同時接觸有特定的化學介質。應力可以來自外界應力（如拉伸、彎曲、擠壓等），也可以是由材料內部的殘余應力引起的?；瘜W介質可以是溶液、氣體或其它特定的環境條件。應力腐蝕的破壞是一種在金屬材料表面出現局部腐蝕和裂紋的形式。這種破壞往往比較隱蔽，因為它通常限制在應力集中的區域，如焊縫、金屬接頭或應力集中點等。隨著時間的推移，這些裂紋可能會擴展并最終導致材料的完全破壞。
本案例建立了一帶有橢圓形缺陷的螺旋管模型，如圖1所示，基于COMSOL軟件的固體力學模塊和二次電流分布模塊模擬仿真了螺旋管在10年腐蝕期間下的應力分布和腐蝕厚度，仿真結果如圖2所示。
圖1 幾何模型
應力分布
腐蝕厚度
圖2 仿真結果
感興趣的朋友，歡迎交流模型！
展開 應力腐蝕是個什么東西？
材料或零件在應力和腐蝕環境的共同作用下引起的開裂稱為應力腐蝕開裂，這是應力與腐蝕聯合作用的結果。如果只有一個方面，應力或者介質的作用，破壞不會發生，但當二者聯合作用時，卻能很快發生開裂。因此，發生應力腐蝕時，應力是很低的，介質的腐蝕性也是很弱的，也正由于此，應力腐蝕經常受到忽視，導致“意外”事故不斷發生，造成巨大危害和損失。
◆分類
1、點腐蝕
是一種導致腐蝕的局部腐蝕形式。
2、晶間腐蝕
晶粒間界是結晶學取向不同的晶粒間紊亂錯合的邊界，因而，它們是鋼中各種溶質元素偏析或金屬化合物（如碳化物和δ相）沉淀析出的有利區域。因此，在某些腐蝕介質中，晶粒間界可能先行被腐蝕乃是不足為奇的。這種類型的腐蝕被稱為晶間腐蝕，大多數的金屬和合金在特定的腐蝕介質中都可能呈現晶間腐蝕。
3、縫隙腐蝕
是局部腐蝕的一種形式，它可能發生于溶液停滯的縫隙之中或屏蔽的表面內。這樣的縫隙可以在金屬與金屬或金屬與非金屬的接合處形成，例如，在與鉚釘、螺栓、墊片、閥座、松動的表面沉積物以及海生物相接觸之處形成。
4、全面腐蝕
是用來描述在整個合金表面上以比較均勻的方式所發生的腐蝕現象的術語。當發生全面腐蝕時，材料由于腐蝕而逐漸變薄，甚至材料腐蝕失效。不銹鋼在強酸和強堿中可能呈現全面腐蝕。全面腐蝕所引起的失效問題并不怎么令人擔心，因為，這種腐蝕通常可以通過簡單的浸泡試驗或查閱腐蝕方面的文獻資料而預測它。
◆特點
1、造成應力腐蝕破壞的是靜應力，遠低于材料的屈服強度，而且一般是拉伸應力。
2、應力腐蝕造成的破壞，是脆性斷裂，沒有明顯的塑性變形。
3、只有在特定的合金成分與特定的介質相組合時才會造成應力腐蝕。
展開 ABS注塑件總是應力開裂？
誘發應力的形成原因很多,諸如塑料熔體或注塑件內部溫差或收縮不均勻引起的內力;制件脫模時因為模腔壓力和外界壓力的差值所引起的內力;
塑料熔體因為流動取向引起的內力等。顯然,誘發應力一般都無法與外力平衡,并且很容易保留在冷卻后的制件內部,成為殘余應力,從而對制件質量產生影響。外應力主要指注塑件使用中因受到外力的作用而產生的應變力。對于塑料結構件,使用中往往與金屬固定件連接,為達到緊固、牢靠,從而使制件受到較大的剪切、擠壓,制件內部必然產生與外力相平衡的內力。
應力在注射過程中對制件質量的影響從理論上講,當聚合物注射充模后,如能在保壓壓力作用下以極其緩慢的冷卻速率固化,則聚合物大分子在模腔內就有充分的時間進行變形和重排,從而可使變形量逐漸與注塑壓力和保壓壓力的作用達到平衡,脫模后制件中無殘余應力,尺寸和形狀穩定。
然而,在實際生產中,出于對生產率的要求,上述方法幾乎是不可能的。即使生產中采用緩冷措施,所得到的冷卻速率對于大分子的變形和重排來講,仍然非常劇烈。
故充模后的聚合物在保壓壓力作用下冷卻固化時,大分子只能簡單地按照模腔形狀堆積在一起,而沒有時間進行趨向于穩定狀態的排列。所以,變形量與注塑壓力和保壓壓力的作用不相適應,脫模后制件內仍將存在較大的殘余應力。
大分子還將隨時間的延長繼續進行變形和重排,以便和成型時的應力作用結果相適應(消除殘余應力)。帶有較大殘余應力的制件經常會在不大的外力或溶劑作用下脆化開裂,即應力開裂。
應力開裂是注塑件常出現的質量問題之一,尤其是在氣候溫差變化較大的北方地區,應力開裂現象更為突出。裂紋多出現在制件的澆口、棱邊、熔接痕等應力較集中的部位。
另外,由于應力的作用,制件還常出現變形、翹曲、扭曲等缺陷。
展開 
如何從塑料制品的設計上預防應力開裂？
塑料制品上孔的設計
塑料制品上孔的形狀、孔數及孔的位置都會對內應力集中程度產生很大的影響。
為避免應力開裂，切忌在塑料制品上開設棱形、矩形、方形或多邊形孔。應盡可能開設圓形孔，其中橢圓形孔的效果最好，并應使橢圓形孔的長軸平行于外力作用方向。如開設圓孔，可增開等直徑的工藝圓孔，并使相鄰兩圓孔的中心連接線平行于外力作用方向，這樣可
以取得與橢圓孔相似的效果；還有一種方法，即在圓孔周圍開設對稱的槽孔，以分散內應力。
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展開 【讓隱形應力無所遁形—1】注塑件總是莫名翹曲、開裂？元兇可能就是它——看不見的“內應力”
產品無緣無故變形、使用中突然開裂、光學性能不達標……
也許，一個共同的“隱形殺手”就藏在你的產品內部。
在注塑車間里，最令人頭疼的不是機器轟鳴，而是那些反復出現卻又找不到根源的質量問題：
產品剛脫模或放置一段時間后，就發生翹曲、變形，導致裝配困難或直接報廢。
制品在后續使用或組裝時，莫名出現脆裂、開裂，引發客戶投訴與質量索賠。
對于透鏡、導光條等光學部件，無論如何優化設計，總會出現畸變、雜散光，良率難以提升。
在進行噴涂、電鍍等二次加工時，涂層出現不均勻、起皺甚至剝離。
這些看似不同的問題，其根源往往指向同一個內部因素——塑料制品內部的殘留應力。它是在注塑成型過程中，由于不均勻的冷卻、收縮、分子取向等因素“凍結”在產品內部的內部力量。
這種應力肉眼無法看見，傳統檢測往往只能等到問題最終爆發（開裂、變形）后才能事后分析，導致調試周期長、廢品率高、質量風險大。
那么，有沒有一種方法，能讓這種隱形的“內傷”實時、直觀地呈現出來，從根源上預防這些問題呢？
關注我們，下期我們將為您揭秘：如何像擁有“火眼金睛”一樣，一鍵看清塑料內部的力量分布圖。鎖定我們，讓質量控制從“猜”變“看”。
展開 ABS注塑件應力開裂原因及解決措施
制件裝配中與金屬組合,應控制裝配扭矩,過大的扭矩易使ABS注塑件在組合處產生較大應力。易使ABS注塑件應力開裂的溶劑或溶劑氣體環境應避免接觸。
技術 | 影響鋁合金應力腐蝕的主要因素有哪些？
而不同的應力作用會產生不同的效果，交變應力和環境共同作用產生腐蝕疲勞，它和固定應力產生的應力腐蝕破裂通常有明顯區別。通常腐蝕疲勞比應力腐蝕產生的后果更嚴重。此外，加載速度的不同也會影響鋁合金應力腐蝕的敏感性。（來源：鋁友社區）
大佬們有沒有ABAQUS熱應力導致材料開裂的實例，跪求
ABAQUS中材料受熱導致裂紋擴展的研究
電偶腐蝕現象的仿真分析
在腐蝕分析中，我們經常研究的腐蝕表面所具有的電氣連接可不像控制電流或電壓那么簡單。相反，電極表面可能直接短路連接到另一個電極，例如單樁與過渡連接件之間的電氣連接。在本篇博客文章中，我們將討論如何在 COMSOL 軟件中使用適當的邊界條件來描述這些電極和外部短路。
短路和電偶腐蝕仿真
在之前的博客文章中，我們討論了鋰離子電池短路的建模，我們當時分析了一個被鋼針刺穿而產生短路的電池，并直接在幾何中繪制了穿過鋼針的電流路徑。
電偶腐蝕 是另一種系統，金屬表面之間的電氣連接起著非常重要的作用。在電偶腐蝕中，兩種具有不同電化學反應活性的金屬處于電接觸狀態，從而提供一條電流路徑，使其中一種金屬腐蝕，而化學物質（通常是溶于水的氧）在不活潑金屬端被還原。
舉例來說，為了模擬電偶腐蝕，我們可以選擇使用與低碳鋼連接的鎂合金。由于鎂具有負值較大的（氧化）腐蝕電位，因此它會優先腐蝕。經過一段時間后，鎂電極材料被腐蝕。
電解質電位分布（彩色表面）和電流密度（箭頭）。電解質電流從腐蝕的鎂合金（右）流向低碳鋼（左）。
與電解質相比，金屬具有非常高的電導率，因此我們通常認為金屬具有均勻電位。如果兩種金屬相互連接，則整個表面的電位是恒定的，這是電偶腐蝕的特征條件，即電極之間沒有外加電壓。相反，電化學電池由于兩種金屬不同的電化學環境和反應活性而發生極化。這種反應性差異產生了不同金屬上電位不同的雙電荷層。
為了方便起見，我們經常使用該電位作為系統地，表示在電位 φs 下具有簡單邊界條件的短路金屬。在電化學模型中，我們使用“電極表面”邊界條件在整個連接金屬表面設置 φs = 0。
從上圖可以明顯地看出，電解質電位在整個表面上并不均勻，而是隨著“電極反應”邊界條件中設置的局部腐蝕電位而變化，也可能取決于電極動力學或質量傳輸。
展開 壓氣機導向器葉片的鹽霧腐蝕仿真 ￥500
基于COMSOL軟件的二次電流模塊仿真了壓氣機導向器葉片的電極電位，并基于電流分布殼體接口求解薄電解質域內的電解質電位。電解質膜的厚度取決于鹽負荷密度和相對濕度。氧溶解度和電解質電導率也取決于相對濕度。使用與大氣腐蝕模型相同的表達式來分析電解質膜厚、氧溶解度和電解質電導率與相對濕度的相關性。仿真結果如圖2所示。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/c238539d1c4448d385a40815ac069aa7.png" alt="Untitled11.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>圖1 幾何模型</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/7ac3e5fa234a4211bc4cdf934005e009.png" alt="Untitled12.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>腐蝕電流密度</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/10f4d4177d534c529e4f9a7bd34aadd1.png" alt="Untitled13.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>電極電流密度和電勢分布</strong></p><p>感興趣的朋友可下載模型源文件，歡迎交流合作</p><p><br></p><p><br></p>
展開 
基于COMSOL軟件仿真完整接頭電偶腐蝕 ￥800
<p>本案例基于COMSOL軟件的二次電流模塊和ALE技術模擬了焊接接頭的電偶腐蝕行為，仿真結果如圖所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202203/imgs/5502d2461f514dcb9af49827704ba61b.gif" alt="Untitled2.gif"></p><p>感興趣的朋友，可下載模型源文件，歡迎交流</p><p><br></p>
展開 設計仿真 | 基于開裂能量密度方法的橡膠件疲勞壽命分析
在橡膠件CAE仿真分析中，橡膠件剛度，密封性等仿真工況的分析相對容易，但是如何進行橡膠疲勞壽命的分析當前還是困擾工程師的一個難題。
Marc在橡膠、密封行業有著廣泛的應用，針對橡膠疲勞壽命的仿真，Marc有幾種方法可以實現：
01
Mullins效應
? 通過Mullins效應進行橡膠件的損傷分析，當損傷到達1時，認為橡膠出現開裂，但是在實際仿真計算中需要進行大量的分析計算，工作量巨大。
02
彈性體疲勞壽命損傷理論
?通過彈性體疲勞壽命損傷理論來進行疲勞壽命分析，基本思想和傳統的金屬疲勞的一致，仿真計算工作量很小，適合在工程計算中應用。
03
基于開裂能量密度
? 通過開裂能量密度的方法進行疲勞壽命的計算，基于裂紋擴展的基本假設，考慮拉伸載荷作用和平均應力的修正，并給出關鍵區域的開裂方向。相對于上面的方法，其分析精度較高。
開裂能密度理論介紹
基于開裂能量密度(CED)的彈性體方法屬于裂紋擴展方法的范疇，該方法假設材料中總是存在小裂紋，例如尺寸為c0，并且由于循環載荷，它們會生長，直到達到材料被認為失效的尺寸。假設初始裂紋尺寸c0是材料的特征參數，由于循環載荷，這些裂紋不斷擴展，直到達到材料失效的尺寸cf。裂紋擴展速率r具有冪律的形式：
裂紋擴展速率被定義為每循環次數變化的裂紋尺寸變化dc/dN。其中，Tmax是加載循環中的最大能量釋放率（撕裂能量）。Tc是立即發生斷裂的Tmax的臨界值，rc是對應于Tc的最大裂紋擴展速率。
展開 設計仿真 | 基于開裂能量密度方法的橡膠件疲勞壽命分析
01Mullins效應
? 通過Mullins效應進行橡膠件的損傷分析，當損傷到達1時，認為橡膠出現開裂，但是在實際仿真計算中需要進行大量的分析計算，工作量巨大。
02彈性體疲勞壽命損傷理論
?通過彈性體疲勞壽命損傷理論來進行疲勞壽命分析，基本思想和傳統的金屬疲勞的一致，仿真計算工作量很小，適合在工程計算中應用。
03基于開裂能量密度
? 通過開裂能量密度的方法進行疲勞壽命的計算，基于裂紋擴展的基本假設，考慮拉伸載荷作用和平均應力的修正，并給出關鍵區域的開裂方向。相對于上面的方法，其分析精度較高。
開裂能密度理論介紹
基于開裂能量密度(CED)的彈性體方法屬于裂紋擴展方法的范疇，該方法假設材料中總是存在小裂紋，例如尺寸為c0，并且由于循環載荷，它們會生長，直到達到材料被認為失效的尺寸。假設初始裂紋尺寸c0是材料的特征參數，由于循環載荷，這些裂紋不斷擴展，直到達到材料失效的尺寸cf。裂紋擴展速率r具有冪律的形式：
裂紋擴展速率被定義為每循環次數變化的裂紋尺寸變化dc/dN。其中，Tmax是加載循環中的最大能量釋放率（撕裂能量）。Tc是立即發生斷裂的Tmax的臨界值，rc是對應于Tc的最大裂紋擴展速率。裂紋壽命計算表達式如下：
假設小裂紋的能量釋放率與裂紋的尺寸c成比例，如下所示：
同時，最大的能量釋放率可以表達為如下形式：
可得出，疲勞壽命的計算公式如下：
應該要指出的是，裂紋能量密度不僅取決于應力和應變狀態，還取決于假定裂紋平面的方向。因此，在實際計算中需要進行關鍵平面搜索，以評估使疲勞壽命最小化的方向。
展開 設計仿真 | 基于開裂能量密度方法的橡膠件疲勞壽命分析
在橡膠件CAE仿真分析中，橡膠件剛度，密封性等仿真工況的分析相對容易，但是如何進行橡膠疲勞壽命的分析當前還是困擾工程師的一個難題。
Marc在橡膠、密封行業有著廣泛的應用，針對橡膠疲勞壽命的仿真，Marc有幾種方法可以實現：
01 Mullins效應
? 通過Mullins效應進行橡膠件的損傷分析，當損傷到達1時，認為橡膠出現開裂，但是在實際仿真計算中需要進行大量的分析計算，工作量巨大。
02 彈性體疲勞壽命損傷理論
?通過彈性體疲勞壽命損傷理論來進行疲勞壽命分析，基本思想和傳統的金屬疲勞的一致，仿真計算工作量很小，適合在工程計算中應用。
03 基于開裂能量密度
? 通過開裂能量密度的方法進行疲勞壽命的計算，基于裂紋擴展的基本假設，考慮拉伸載荷作用和平均應力的修正，并給出關鍵區域的開裂方向。相對于上面的方法，其分析精度較高。
開裂能密度理論介紹
基于開裂能量密度(CED)的彈性體方法屬于裂紋擴展方法的范疇，該方法假設材料中總是存在小裂紋，例如尺寸為c0，并且由于循環載荷，它們會生長，直到達到材料被認為失效的尺寸。假設初始裂紋尺寸c0是材料的特征參數，由于循環載荷，這些裂紋不斷擴展，直到達到材料失效的尺寸cf。裂紋擴展速率r具有冪律的形式：
裂紋擴展速率被定義為每循環次數變化的裂紋尺寸變化dc/dN。其中，Tmax是加載循環中的最大能量釋放率（撕裂能量）。Tc是立即發生斷裂的Tmax的臨界值，rc是對應于Tc的最大裂紋擴展速率。
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