מעבדת המחקר של הצי האמריקאי משתמשת בסימולציות ב- ®COMSOL Multiphysics לטובת מניעת קורוזיה

אנליזה נומרית

לקבלת פרטים נוספים אודות המוצרים והשירותים שחברת נומריקל מספקת, נא השאירו פרטים.

קראו סיפורי משתמשים נוספים:

היא עולה מיליארדי דולרים בשנה, קורוזיה היא הבעיה של כולנו. מחקר יסודי של מדעי הקורוזיה במעבדת המחקר של הצי האמריקאי יאפשר למדענים לתכנן חומרים שמטרתם למנוע הופעת קורוזיה.
קורוזיה היא בעיה מולטיפיזיקלית מורכבת אשר נמצאת כרגע תחת חקירה של סידיק קידוואי, מהנדס מכונות, וחבריו לעבודה במעבדת המחקר של הצי האמריקאי בוושינגטון הבירה. "בטווח הארוך, הצלחת המחקר שלנו תוביל לקורלציות קורוזיה של מיקרו-מבנים שיאפשרו למתכנני חומרים לכלול או לבטל תכונות שונות בפיתוח של חומרים מונעי קורוזיה חדשים", מסביר קידוואי. דוח מ- 2011 של האקדמיה הלאומית למדעים מטעם המועצה למחקר לאומי בארה"ב קובע כי "מחסור במידע בסיסי אודות קורוזיה משקף בצורה ישירה את עלויות הקורוזיה לחברה". בהתבסס על המספרים שדווחו בדצמבר 2010, לא פחות מ- 600 מיליארד דולר, שהם 2-4 אחוז מהתל"ג של ארה"ב שולמו לטובת תיקון או מניעה של נזקי הקורוזיה. ענף התחבורה שכולל ים, אוויר ויבשה, מושפע במיוחד מקורוזיה כאשר עלויות תחזוקה לטובת שימור בטיחות הנוסעים ואריכות ימים של כלי תחבורה, הן גבוהות מאוד.
קורוזיית גימום מתרחשת במתכת כאשר תגובות אלקטרוכימיות והעברת מסה בתמיסות אלקטרוליטיות סמוכות, מסתיימות באובדן מקומי של חומרים. "הגומה ממשיכה לגדול ולבסוף החומר או הרכיב יקרסו תחת העומס", אומר קידוואי, ומדגיש את ההשפעה שיכולה להיות לקורוזיה על החוזק או האמינות של חומר. קידוואי וחבריו לעבודה הגו גישה חדשנית מקיפה להבנה טובה יותר של קורוזיית גימום. "אנחנו ממדלים את הצמיחה של גומות קורוזיה במתכות באיזורים של מי-ים. המיקרו-מבנה של המתכת לא היווה את מוקד תשומת הלב במחקרים קודמים, וכתוצאה מכך האתגרים שנקשרים עם צמיחה בלתי שגרתית בשל מיקרו-מבנה לא נלקחו בחשבון. מטרתנו היא לבצע מודל מולטיפיזיקלי מצומד לחלוטין של צמיחת גומה תחת היישום של כוחות מכאניים על מנת לכמת את ההשפעה הכוללת על האחידות המבנית עם מיקרו-מבנה של חומר שנלקח בחשבון בתהליך.

גרעינים קטנים עם השפעה גדולה

סימולציות של קורוזיה עם מיקרו-מבנה של מתכת

קידוואי מסביר: "תיאור מלא של צמיחת גומה מצריך את הצימוד של משוואות הן אלקטרוכימיות והן של העברת מסה, עבור זנים יוניים מרובים ותיאורים יסודיים של שיעורי תגובה ודיפוזיית זנים באלקטרוליט, בעוד שעוקבים אחר ממשק המתכת-אלקטרוליט או קורוזיה קדמית, אשר תנועותיהם תלויות בהיסטוריה של התמיסה". לטובת העניין השתמש הצוות בתוכנת ®COMSOL Multiphysics. "בעת שמפתחים מודל מורכב, האסטרטגיה שלנו היא להתחיל במחקרים נומריים פשוטים יותר. בסימולציות הנוכחיות שלנו אנו פותרים את המשוואות האלקטרוכימיות והעברת המסה בנפרד. בעבודה עתידית ניצור מודל קורוזיה אלקטרוכימיה העברת מסה מצומד לחלוטין". על מנת ליצור את המודלים שלהם הם השתמשו בפיזיקה של תעבורת זנים מדוללים עבור העברת המסה, במשוואות לפלס ופואסון עבור הפוטנציאל החשמלי, ובטכנולוגיית moving mesh לחזית הקורוזיה. "השתמשנו ב- ®COMSOL Multiphysics עם מודול הקורוזיה כדי לפתור את הבעיה הזאת. כל העבודה שנראתה בעבר כה קשה, כעת פשוטה מאוד כיוון שיש לך את המודול שעושה את רוב העבודה עבורך".
הכללת המיקרו-מבנה בתוך מודל מולטיפיזיקלי של קורוזיית גימום הייתה המכשול הגדול הראשון איתו התמודד הצוות, דרך השימוש ב- orientation imaging microscopy כדי לקבל תמונות בתלת מימד של מיקרו-מבנה המתכת. נעשה שימוש בשיטה משולבת על מנת להכליל את מיקרו המבנה של פלדה 316 במודל מולטיפיזיקלי של קורוזיית גימום בסביבת העבודה של  ®COMSOL Multiphysics. "בכל מיקום לאורך חזית הקורוזיה אנו חייבים לקבוע את הכיוון הקריסטלי על מנת לחשב את פוטנציאל הגימום המותאם, אשר בתמורה קובע את היקף הקורוזיה ותזוזת החזית". פוטנציאל הגימום נקבע ב- MATLAB® עבור כיוון קריסטלוגרפי ספציפי ולבסוף נעשה שימוש במודל ב- ®COMSOL כדי לחשב את היקף הקורוזיה. " LiveLink™ for MATLAB® היווה מרכיב חיוני עבורנו במטרה לכלול את השפעת מיקרו המבנה של המתכת".
בפיתוח המודל המולטיפיזיקלי של קורוזיית גימום, קידוואי מצא כי "COMSOL® כה רב-גוני כך שהוא יעניק לך פתרון אפילו ליישומים מאוד מורכבים. זהו המקום בו תקפות ניסויים היא המפתח". תובנות מהסימולציות הספיקו כבר לספק את התמריץ לפיתוח שיטה ניסויית להערכת קורוזיה בקנה מידה מיקרוסקופי. תוצאות הניסוי ישומשו לתת תוקף למודל ולבסס את היחסים בין מיקרו-מבנה, צורת הגומה וצמיחה.
אנליזה נומרית
אנליזה נומרית
לקבלת פרטים נוספים ללא התחייבות
שדה מילוי חובה מסומן ב- *
רוצים ללמוד עוד על יכולותיה המולטיפיזיקליות הגבוהות של ®COMSOL?

זה פשוט וקל להכיר אונליין את הממשק האינטואיטיבי של התוכנה!

צפו בהדרכות מקוונות מפורטות אודות האפשרויות הרבות ב- ®COMSOL Multiphysics

כנסו לדף ייעודי המתעדכן מדי שבוע וכולל סרטוני הדרכה מלאים עם כתוביות בעברית

 
הסיפור נלקח ממגזין 2014 ®COMSOL
 
 כתובת: פארק המדע, פנחס ספיר 8, נס ציונה I אימייל: info@numerical.co.il  |  טל: 03-9629621

Numerical© 2017 כל הזכויות שמורות