基于加速腐蚀试验和逆向建模有限元分析的点蚀钢板力学性能研究
摘要
钢板广泛应用于土木建筑、桥梁、海洋平台等结构，暴露在空气中常受到周围的
气体和液体等介质作用而被腐蚀，其中点蚀是较常见的腐蚀。点蚀是钢结构中普遍存
在的问题，蚀坑深且孔径小，会导致构件截面积减小和应力集中，致使结构整体强度
降低，进而诱发倒塌、爆炸等灾难事件，造成巨大隐患。因此，探讨点蚀钢板拉伸力
学性能的退化规律，为钢制结构物力学分析提供依据是十分必要的。本文针对不同点
蚀程度下低合金Q345B钢板力学性能的退化，具体开展以下研究：
首先采用电化学加速腐蚀方法制备具有特定蚀坑深度、直径和分布的预定点蚀钢
板试样，再通过三维光学扫描仪获取钢板试样的三维点云数据，经过GeomagicStudio
和线性八叉树算法对其进行逆向重建和点云数据简化处理，得到腐蚀钢板的三维数值
模型，再导入HyperMesh中划分并生成三维网格，最后将其应用于有限元软件
ABAQUS中进行静力分析和延性破坏分析，同时对制备的点蚀钢板试件进行拉伸试验，
将其与有限元分析结果进行比较，再对具有不同蚀坑形状的钢板进行正向建模有限元
分析，研究不同蚀坑形状对钢板试样拉伸力学性能的影响规律。
通过对比有限元模拟与拉伸试验，发现结果高度一致，说明基于三维扫描的点蚀
钢板逆向建模有限元分析方法能较好的还原Q345B钢板试样的拉伸力学特性，同时蚀
坑形状也会影响试样的拉伸应力分布，当蚀坑径深比较大时，屈服强度和抗拉强度的
退化程度也会随之增大。
最后通过拉伸试验结果分析了点蚀钢板各项力学性能参数随点蚀几何特征参数的
退化规律，结果表明，不同点蚀损伤程度会导致钢材力学性能发生不同程度的退化，
点蚀表面密集度DOP越大，蚀坑深度hmax越深，钢板力学性能下降越快。点蚀对应力
参数（屈服强度、抗拉强度）的影响小于对应变参数（抗拉强度对应的极限应变、伸
长率）的影响。通过拟合各力学性能参数与点蚀评价指标的散点图得到回归曲线方程，
进而得到不同腐蚀程度下钢板拉伸力学性能退化规律，并拟合相应的本构模型，标定
关键点，得到控制参数随点蚀密集度DOP和点蚀深度h的变化关系。最终，得到
max
Q345B钢板的点蚀修正广义本构模型。
关键词：点蚀；电化学腐蚀；三维扫描；抗拉强度；有限元分析
基于加速腐蚀试验和逆向建模有限元分析的点蚀钢板力学性能研究
Abstract
Steelplateiswidelyusedincivilbuildings,Bridges,offshoreplatformsandother
structures.Exposedtoair,itisoftencorrodedbythesurroundinggasandliquidandothermedia,
amongwhichpittingcorrosionisthemostcommoncorrosion.Pittingcorrosionisacommon
probleminsteelstructures.Thedeeppittingpitandsmallaperturewillleadtothereductionof
cross-sectionalareaandstressconcentrationofcomponents,resultinginthereductionofthe
overallstrengthofthestructure,andtheninducingdisastereventssuchascollapseand
explosion,causinghugehiddendangers.Therefore,itisnecessarytostudythedegradationlaw
oftensilemechanicalpropertiesofpittedsteelplatetopro