一种钢管杆的应力腐蚀速率预测方法及装置与流程

本发明涉及腐蚀预测领域，尤其涉及一种钢管杆的应力腐蚀速率预测方法及装置。

背景技术：

1、钢管杆的腐蚀对输电线路的安全运维具有显著影响。腐蚀会导致钢管杆的承载能力下降、使用寿命缩短，并增加维护成本。在严重的情况下，可能会引起输电线路的倒塌、安全隐患和电力供应中断。因此，能够准确预测钢管杆的腐蚀速率具有很高的价值。通过预测，可以进行预防性的维护和更换，从而避免事故的发生、节省维护成本、保障人员和环境的安全，并提高电网的运营效率。

2、现有的钢管杆应力腐蚀的预测方法包括理论模型和试验方法。其中，理论模型如腐蚀速率模型、统计及机器学习方法、电化学模型，试验方法如加速腐蚀试验和暴露试验。但是现有的应力腐蚀的预测具有如下弊端：(1)腐蚀速率模型过于简化，可能无法考虑到所有影响腐蚀的因素，且需要大量的历史数据来准确估计腐蚀速率。(2)统计学和机器学习方法的预测结果很大程度上依赖于输入数据的质量和数量，并且由于过拟合可能会导致对未知数据的预测不准确，且一些模型(如深度学习模型)可能很难解释。(3)电化学模型需要准确测量和掌握很多参数，且模型可能很复杂，难以实现和验证。(4)加速腐蚀试验实验条件与实际环境可能存在差异，导致预测不准确。另外虽然比实际环境快，但仍然需要一定的时间和成本。(5)暴露试验时间周期长，可能需要较长时间才能观察到腐蚀现象。另外实验环境可能难以完全控制。

技术实现思路

1、本发明提供了一种钢管杆的应力腐蚀速率预测方法及装置，实现有效预测钢管杆的应力腐蚀速率，提高应力腐蚀速率预测的效率和准确性。

2、为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种钢管杆的应力腐蚀速率预测方法，包括：

3、基于获取的钢管杆的结构参数和材料参数，建立钢管杆三维模型，并将钢管杆三维模型进行力学网格处理，获得三维固体力学模型；

4、通过第一求解器，对三维固体力学模型进行迭代求解，获得整体位移分布云图，并基于整体位移分布云图，获取最大变形位置和钢管壁厚度分布数据；

5、基于结构参数、最大变形位置和钢管壁厚度分布数据，建立二维轴对称几何模型，并将二维轴对称几何模型进行物理场电流网格处理，获得二维物理模型；

6、通过第二求解器，对二维物理模型进行迭代求解，获得阳极电流密度分布数据，并基于阳极电流密度分布数据和预设的腐蚀速率公式，得到腐蚀速率分布结果。

7、实施本发明实施例，基于获取的钢管杆的结构参数和材料参数，建立钢管杆三维模型，并将钢管杆三维模型进行力学网格处理，获得三维固体力学模型；通过第一求解器，对三维固体力学模型进行迭代求解，获得整体位移分布云图，并基于整体位移分布云图，获取最大变形位置和钢管壁厚度分布数据；基于结构参数、最大变形位置和钢管壁厚度分布数据，建立二维轴对称几何模型，并将二维轴对称几何模型进行物理场电流网格处理，获得二维物理模型；通过第二求解器，对二维物理模型进行迭代求解，获得阳极电流密度分布数据，并基于阳极电流密度分布数据和预设的腐蚀速率公式，得到腐蚀速率分布结果。只需基于钢管杆尺寸结构参数和材料参数等，建立相关三维模型以及钢管杆腐蚀预测的多物理场耦合的二维物理模型，通过求解二维物理模型和腐蚀速率的分布计算，即可准确预测其后续的应力腐蚀速率，提高应力腐蚀速率预测的效率，减少了运维的工作量，有助于实现精准运维，利用数值仿真预测钢管杆应力腐蚀速率，有效的提高了腐蚀速率预测的准确性。

8、作为优选方案，将钢管杆三维模型进行力学网格处理，获得三维固体力学模型，具体为：

9、在钢管杆三维模型中添加第一固体力学物理场，并在第一固体力学物理场中，将钢管杆设置为线弹性材料，将钢管杆的内壁和外壁设置为设为自由表面，对钢管杆的底部设置为固定约束，对钢管杆的顶部施加边界载荷；其中，边界载荷根据导线施加的水平力和垂直方向的力来进行设定；

10、对添加物理场后的钢管杆三维模型进行网格划分，获得三维固体力学模型。

11、作为优选方案，基于整体位移分布云图，获取最大变形位置和钢管壁厚度分布数据，具体为：

12、根据整体位移分布云图，获取最大位移和最大位移方位；

13、基于最大位移和最大位移方位，选择三维固体力学模型对应的变形最大的受拉侧，得到最大变形位置；

14、利用无损检测方法，测量钢管杆对应的受拉侧的厚度，得到钢管壁厚度分布数据。

15、作为优选方案，基于结构参数、最大变形位置和钢管壁厚度分布数据，建立二维轴对称几何模型，具体为：

16、基于结构参数，设置径向长度和轴向长度；

17、基于钢管壁厚度分布数据，设置轴向的壁厚减薄区；

18、根据径向长度、轴向长度和轴向的壁厚减薄区，以钢管中心为对称轴，建立二维轴对称几何模型。

19、作为优选方案，将二维轴对称几何模型进行物理场电流网格处理，获得二维物理模型，具体为：

20、在二维轴对称几何模型中添加第二固体力学物理场和二次电流分布物理场，得到多物理场模型；

21、在第二固体力学物理场中，对钢管杆的底部施加固定约束，对钢管杆的顶端施加最大位移作为边界载荷，将钢管杆的内外表面设置为自由表面；

22、在二次电流分布物理场中，将空气设为电解质，将钢管壁设为电极，将钢管杆与空气之间的界面设为内部电极表面；

23、基于预设的网格类型，对多物理场模型进行网格划分，得到二维物理模型。

24、作为优选方案，基于阳极电流密度分布数据和预设的腐蚀速率公式，得到腐蚀速率分布结果，具体为：

25、基于阳极电流密度分布数据，提取钢管杆的轴向内表面的局部电流密度数据，并根据局部电流密度数据和预设的腐蚀速率公式，得到腐蚀速率分布结果；

26、其中，预设的腐蚀速率公式，公式为：

27、

28、式中，为腐蚀速率，i为局部电流密度，n为化学当量系数，m为钢的相对分子质量，f为法拉第常数，ρ为钢密度，t为时间。

29、为了解决相同的技术问题，本发明实施例还提供了一种钢管杆的应力腐蚀速率预测装置，包括：三维模型构建模块、位移形变求解模块、二维模型构建模块和腐蚀速率求解模块；

30、其中，三维模型构建模块用于基于获取的钢管杆的结构参数和材料参数，建立钢管杆三维模型，并将钢管杆三维模型进行力学网格处理，获得三维固体力学模型；

31、位移形变求解模块用于通过第一求解器，对三维固体力学模型进行迭代求解，获得整体位移分布云图，并基于整体位移分布云图，获取最大变形位置和钢管壁厚度分布数据；

32、二维模型构建模块用于基于结构参数、最大变形位置和钢管壁厚度分布数据，建立二维轴对称几何模型，并将二维轴对称几何模型进行物理场电流网格处理，获得二维物理模型；

33、腐蚀速率求解模块用于通过第二求解器，对二维物理模型进行迭代求解，获得阳极电流密度分布数据，并基于阳极电流密度分布数据和预设的腐蚀速率公式，得到腐蚀速率分布结果。

34、为了解决相同的技术问题，本发明实施例还提供一种计算机设备，包括处理器和存储器，存储器用于存储计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现钢管杆的应力腐蚀速率预测方法。

35、为了解决相同的技术问题，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现钢管杆的应力腐蚀速率预测方法。

36、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

37、(1)只需基于钢管杆尺寸、材料参数等，建立钢管杆腐蚀预测的多物理场耦合的二维物理模型，即可预测其后续的应力腐蚀速率，提高应力腐蚀速率预测的效率和准确性，较少了运维的工作量，有助于实现精准运维。

38、(2)将模型数值仿真与实测紧密结合，在钢管杆拉应变最大处的实际壁厚根据超声、涡流等无损检测方法进行实测，得到钢管壁厚度分布数据，保证模型数值仿真结果能准确预测到腐蚀速率最大的区域。

39、(3)不需要大量的历史数据，构建深度学习模型，也不需要长时间的加速腐蚀试验，通过模型数值仿真，所需必要参数少，且处理方法便捷，通用性强，且预测准确性高。

40、本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。