基于边界元法的船舶水下静电场模型

针对传统电偶极子方法在船舶水下电场建模工作中反演实验与模型修正的过程比较复杂等不足,采用边界元法建立了包含船体材料、涂层、腐蚀区域和外加电流阴极保护系统辅助阳极的数量、位置、面积等参数在内的模型,计算了阴极保护系统在关闭与开启两种状态时船身的腐蚀状况和船体下方50m、边长200m平面的电场强度。计算结果表明:采用边界元方法能够得到包括阴极保护系统在内的船身各项参数对静电场和自身腐蚀状况的影响,如果对阴极保护系统进行合理的设置,能够减小船身的腐蚀和水下静电场的目标特征。     

海水电导率对舰船电场等效场源强度影响的实验研究

为掌握海水电导率对舰船水下腐蚀相关电场等效场源强度的影响,首先在实验室中模拟舰船船壳、螺旋桨、海洋环境、外加电流阴极保护系统,并通过外加电流使防护对象处于恒定保护电位;然后,在模拟船壳的不同涂层状态下改变海水电导率,分别测量流至船壳、螺旋桨的防腐电流及总的保护电流;最后,对测量结果进行了分析。结果表明:舰船腐蚀相关静态电场等效场源强度是近似正比于海水电导率的。实验研究结果为舰船腐蚀相关电场等效场源的确定及场的推演换算奠定了基础。     

基于船体-螺旋桨电位平衡的水下静电场防护方法

为了减小舰艇水下静电场,提出了阳极极化与阴极极化相结合的电位平衡方法。首先,通过检测船体-螺旋桨电位差,利用塔菲尔公式计算了船体阳极极化电流和螺旋桨阴极极化电流,并使用辅助电极输出极化电流,使船体-螺旋桨之间的电位差降到0V左右,实现了电位平衡,因此无腐蚀电流产生,与之关联的水下电场也将得到了消除;然后,将此方法应用于船模实验,结果发现船模水下静电场降低70%以上,由此表明该方法能较好地实现静电场防护的作用。     

泵喷推进型潜艇电场防护效果与阴极保护性能分析

为探究泵喷推进型潜艇在电场防护和外加电流阴极保护这两种典型工作形态下的防护效果,采用边界元法建立了此型潜艇的腐蚀相关静电场模型,仿真分析了导流罩和导叶对电场防护与阴极保护效能的影响。结果表明:相较于传统推进方式,泵喷推进型潜艇在海水中电场峰峰值降低了约38%,且其仅需约50%的电流值便能达到更优的电场防护效果。此外,不论阴极保护过程中整艇涂层是否完好,泵喷推进装置处的电场峰值均有一定程度的降低,这表明泵喷推进装置具有更好的电场隐身性能;然而在对泵喷推进型潜艇外加电流阴极保护的过程中,只能在船身和大轴处达到较好的保护效果,其导流罩内部的叶轮和导叶难以达到保护电位,处于欠保护状态,局部腐蚀防护仍需加强。     

三补偿阳极的电场特性建模和优化计算

为深入研究阳极数量和安装位置对舰船电场特性的影响,在分析单个和两个阳极情况时电场特性的基础上,通过多群进化规划算法对电场分布进行优化计算,建立数学模型并仿真分析了采用三补偿阳极时舰船周围水下电场的分布情况,得到了三个补偿阳极对于舰船电场防护效果的影响.最后,进行实船安装三个阳极的电场测量分析实验,实验结果与仿真结果一致,证明该方法对舰船阳极的安装数量和位置有直接指导作用.     

温度对舰船阴极保护和腐蚀静电场的影响

海水中氧溶解量和海水电导率是影响海水腐蚀性能的重要因素，而这两个因素主要取决于海水的盐度和温度。采用边界元法建立舰船外加电流阴极保护和腐蚀静电场模型，研究不同海水温度下氧溶解量、电导率及氧的扩散系数对舰船腐蚀防腐静电场的影响。结果表明，腐蚀电场峰值随着温度的升高而减小，当两对阳极输出电流分别为13.5 A和8 A时，船体和舵在低温处于过保护状态而在高温处于欠保护状态，螺旋桨和轴在不同温度下均能得到较好的保护。     

交流杂散电流对埋地钢质管道腐蚀危害实验

为探究交流杂散电流的影响因素及其对阴极保护系统的影响,搭建交流干扰腐蚀实验平台研究了土壤电阻率、干扰电压大小、涂层电阻率和通断时间比对交流杂散电流密度的影响;采用腐蚀试片失重法研究了交流杂散电流密度对腐蚀速率的影响以及阴极保护电位分别为-850 mV和-1 000 mV时对阴极保护系统的影响。实验结果表明:土壤电阻率、干扰电压大小、涂层电阻率和通断时间比对交流杂散电流密度具有较为显著的影响;阴极保护电位为-1 000 mV时,即使交流电流密度为20 mA/cm2,腐蚀试片也能得到有效保护。因此,埋地管道应采用绝缘性能好的防腐涂层,规划合理的铺设路线,并在运行过程中采取强制电流阴极保护系统,设置合理的阴极保护电位。     

埋地输油管道直流排流保护技术应用

随着电气化铁路建设的飞速发展,干扰电流对埋地输油管道的干扰腐蚀越来越普遍。干扰电流包括直流干扰电流、交流干扰电流和地电流等3类,其中直流干扰电流对输油管道的干扰腐蚀最为严重。分析了直接排流、极性排流、强制排流和接地排流等4种直流排流技术的工作原理、特点及适用范围,结合输油管道的设计背景及电位测定,在不影响电气化铁路正常运行的情况下,选择接地排流保护措施。计算确定了输油管道的排流保护参数,并在输油管道平行电气化铁路区间设置6组直流干扰电流排流点和9组牺牲阳极。埋地输油管道经开挖检测,管道绝缘防腐层完好,未发现明显的直流干扰腐蚀现象,取得了较好的直流排流效果。     

两栖车辆用牺牲阳极材料研究进展

结合两栖车辆的发展和两栖车辆牺牲阳极阴极保护性能指标要求,介绍了两栖车辆用牺牲阳极材料研究进展,分析了主要合金元素作用机理。根据牺牲阳极耐干湿交替性能要求和实车试验结果,采用极化时间、车体保护电位、活化性能等技术指标,评价了五元和六元牺牲阳极对两栖车辆阴极保护效果。展望了两栖车辆牺牲阳极阴极保护研究的下一步工作方向和重点。     

舰船极低频电场的产生机理及其防护

舰船极低频电场由于能在海水中传播到很远的距离,而且很容易被探测到,已成为舰船的一个重要目标特性.螺旋桨转动调制舰船腐蚀电流和外加电流阴极保护系统在海水中产生的电流是舰船极低频电场的2个重要来源.质量较差的阴极保护系统(ICCP)中的电源滤波器也会导致极低频电场的产生.电磁场防护结构工艺、被动轴接地系统、主动轴接地系统和电场抵消系统是目前降低舰船极低频电场的主要方法.     

Inversion of UEP signatures induced by ships based on PSO method

To model the underwater electric potential (UEP) of ships, a multiple point-electrodes method is commonly used. However, it is difficult to determine the total number of point-electrodes, their respective positions and current values. In this paper, the particle swarm optimization (PSO) method is applied to solve the number, positions and current values of these point-electrodes according to the UEP distribution at a known depth below the keel of a ship. A scaled ship model experiment is carried out to determine the effectiveness of the method. The results show that for hulls in a natural corrosion or cathodic protection state, the UEP inversion accuracy can reach 85% at different depths below the keel. This method is suitable for software implementation and can help the simulation and prediction of UEP signatures.     

考虑腐蚀因素的船体结构寿命预测方法

为建立考虑腐蚀因素的船体结构寿命预测方法,在分析现有常用的船体结构腐蚀损伤时变模型的基础上,根据舰船维修保障实际情况建立了考虑腐蚀防护系统作用时间和维修时间等因素的腐蚀时变模型。根据相关规范选择了船体结构腐蚀寿命标准,并建立了一种计算船体结构腐蚀寿命的方法。该方法建立了船体结构腐蚀寿命与腐蚀防护系统作用时间和修理时间等因素之间的量化关系,可以用于预测均匀腐蚀条件下船体结构寿命,也可以反过来指导腐蚀防护系统设计指标的选择和船体结构维修策略的确定。     

湿热环境中油罐防腐设计

湿热环境中油罐的腐蚀主要体现为电化学腐蚀的特征，适宜的防腐措施对提高油罐的建设质量，减缓油罐的腐蚀速度，延长油罐的使用寿命，减小维护费用等具有积极的意义。从分析湿热环境中油罐腐蚀规律出发，介绍了油罐内外壁防腐涂层的选用原则，对3000m^3地面立式油罐的牺牲阳极电法保护进行了设计计算，提出了施工方法，对湿热环境中油罐防腐具有指导意义。     

舰船静置爆炸气泡时总纵强度计算方法研究

新型"大气泡能"概念武器在水下爆炸能产生大气泡,对船体总纵强度造成很大影响,有可能使舰体发生纵向折断或倾覆。为研究这种作用,建立了舰船静置爆炸气泡时总纵弯曲强度的理论计算方法。采用静置爆炸气泡的假设,将气泡产生的浮力损失和压力差转化为等效载荷,计算气泡作用后船体的总纵弯矩和剪力并进行强度校核。以某舰艇为例进行计算,结果表明,爆炸气泡作用下船体的剪力和弯矩比静浮状态增大很多,船体发生纵向折断破坏的危险性也随之增大。     

运动船舶磁性船体产生的感应电场

为了研究运动船舶磁性船体产生的感应电场,以库伦定律和毕奥-沙伐定律等电磁场基本理论为基础,对磁偶极子运动产生的感应电场进行了建模,通过实验证明了分析方法的正确性,解决了以往模型适用范围窄、准确性差的问题;并以磁偶极子感应电场模型为基础,得到了磁性船体的感应电场模型,利用实船的磁场数据进行了实例计算,得出船舶附近感应电场可达1m V/m,达到了可探测水平。     

水下爆炸中自由场压力和船体壁压的测量与分析

对水下爆炸中自由场压力的水面截断效应及冲击裁荷与船体相互作用的船体壁压进行了分析,得出了自由场压力的水面截断效应及早期的船体壁压计算近似公式.测量结果表明,球形装药中心起爆后形成的冲击波一般不是一条光滑曲线,而是会有多个振荡峰;当自由场压力测点离水面较近时,测量的自由场压力会出现明显的水面截断现象;船板在水中爆炸冲击渡的作用下产生的运动和变形对水中压力场有很大影响,舰体壁压反射系数与冲击波的入射角度有关.     

舰船水下静态电场深度换算的格林函数法

为从有限深度、有限范围内的舰船水下静态电场数据获知实际舰船更大深度上的场分布特征,在对深海环境中舰船静态电场满足的拉普拉斯方程进行求解的基础上,提出静态电场深度换算的格林函数法,推导出了换算公式的边界积分表达式,给出了实际应用中换算公式的近似计算方法。以舰船静态电场的基本模拟体——单个水平电偶极子的场为例,采用数值仿真的方法对换算公式进行了验证,并对近似计算方法进行了讨论。研究结果表明:该方法可直接通过对测量平面上离散场量进行二重求和来实现静态电场的各类深度换算;与文献中已有的换算方法相比,其换算过程更为快捷。