电化学腐蚀的研究对于确保结构的耐久性和安全性具有极其重要的意义。为了预测在极端环境下服役结构的使用寿命，必须对金属腐蚀机理进行深入的研究。本研究致力于建立精细的数值模型，以描述温度依赖性的电化学腐蚀行为。

鉴于腐蚀过程中复杂的电化学反应，大量的实验研究被用于揭示腐蚀机理。根据腐蚀发生的形态，腐蚀被划分为多种类型，其中局部腐蚀会极大地损害结构的完整性，已被深入研究以考察其复杂的反应机制。研究表明，腐蚀受金属化学成分、温度、氧气含量等多种因素的影响。为了准确模拟腐蚀过程，需要建立能够描述腐蚀损伤的合适模型和数值方法，尤其是在与不连续变形场耦合时。

团队创新地融合了近场动力学算子方法（Peridynamic operator method, PDOM）与电化学传质理论，建立了高效精准的非线性温度依赖电化学腐蚀预测模型。该模型将腐蚀过程描述为离子浓度的变化，其受扩散和电迁移的控制。通过加权残差法推导了控制方程的弱形式，并借助近场动力学算子方法将其转化为非局部形式。环境温度的影响通过修正扩散系数和电导率加以考虑。所提出的模型通过数值算例进行了验证，包括变温条件下的二维和三维点蚀模拟。此外，本文进一步研究了惰性夹杂物对腐蚀行为的影响。

                                           (a) t=1×10⁷s                             (b) t=3×10⁷s

                                           (a) t=5×10⁷s                             (b) t=7×10⁷s

图：含惰性夹杂物的三维点蚀坑

图：非均匀温度场分布对点蚀坑生长过程影响示意图

本研究由河海大学计算力学与工程安全研究团队共同完成，将团队优势特色方向近场动力学与电化学腐蚀问题相结合，为全面深入研究金属点蚀破坏机理提供了新的思路。相关成果于2025年2月发表在期刊《Engineering Analysis with Boundary Elements》上。本团队学术带头人黄丹教授为论文通讯作者，团队博士生何德威为论文第一作者。论文的其他重要合作作者包括本团队博士后李志远、团队毕业博士生出站博士后、现福州大学副教授陈丁和团队博士生姚学昊。本研究得到了国家自然科学基金项目（No. 12072104, 12402236）和中国博士后科学基金会博士后资助项目（GZC20240376）、江苏省研究生科研与实践创新计划项目（KYCX23_0663）以及江苏省“青蓝工程”项目的资助。

《Engineering Analysis with Boundary Elements》主要致力于发表边界元法工程分析、网格简化以及其他相关创新与新兴数值方法的最新研究进展。在中科院最新分区表中，该刊分区为工程技术类2区，最新影响因子为4.2。

撰稿：何德威

审核：陆映如