Смешанные граничные

В. П. Батраковыми и В. Л. Полупановым [36] был предложен универсальный метод определения опасности контактной коррозии полиметаллических конструкций. Сущность метода заключается в следующем: с помощью построения диаграмм Эванса или непосредственными измерениями определялся смешанный потенциал системы в районе кон-

Развитый подход может быть использован при оценке коррозии металлических материалов для полиметаллической конструкции (многоэлектродная система). На рис. 20 представлены парциальные анодные кривые в координатах потенциал—скорость коррозии в мм/сут. Штриховой линией показан смешанный потенциал полиметаллической конструкции. Величины абсцисс, соответствующих точкам пересечения значения смешанного потенциала и парциальных кривых, показывают логарифмическое значение скорости коррозии в мм/сут. Диаграмма позволяет рассматривать случаи коррозии при любых отношениях площадей металлов в отличие от таблиц по контактной _

но [16], причем потенциал, не содержащий составляющей омического падения напряжения IR, лучше всего измеряется по схеме с выключением— см. раздел 3.3.1 и выражение (3.15) [17]. На практике иногда не обеспечиваются предпосылки для применимости способа отключения и других родственных способов: при наличии блуждающих токов, при воздействии гальванических токов от электрически неизолированных элементов установки, например от проржавевших трубопроводов и стальных (железобетонных) фундаментов или заземлителей, а также в случае трубопроводов, находящихся в зоне высоковольтных линий (см. раздел 16), В этих случаях могут быть привлечены другие критерии, которые для углеродистых (нелегированных) черных металлов сопоставлены в табл. 3.3 (где указаны и области их применения). Критерий 1 соответствует неравенству (2.45) или же формулам (3.14) и (3.15). Критерии 7 и 8 имеют ту же основу и выводятся из выражения (3.14) для случая, когда наложенный ток известен или поддается регулированию [18], Критерии 2—5 являются прагматическими, для которых возможно только качественное истолкование [19]. Соответст, венно такие критерии дают только качественную (не количественную) информацию о защитном действии. Лучшую результативность обеспечивает критерий 6 с применением внешних измерительных образцов [20, 21]. Этот способ, используемый в последнее время, более подробно рассматривается в разделе 3.3.3.2. При оценке всех критериев для протяженных сооружений необходимо учитывать, что при наличии нескольких дефектов в изоляционном покрытии можно измерять только смешанный потенциал [см. по этому поводу пояснения к формуле (3.19)],

Благодаря высокой механической прочности полиэтиленового покрытия на трубах в изоляционном покрытии наблюдаются лишь немногочисленные более или менее крупные повреждения (дефектные участки). Эти дефектные участки часто располагаются далеко один от другого и обычно имеют неодинаковую поляризацию. Как уже отмечалось применительно к формуле (3.19), по методу переключения всегда измеряется смешанный потенциал. Расхождения между измеренным потен-

Автор работы [75], наоборот, совсем не учитывает кристаллизационного перенапряжения при оценке электродного потенциала деформированного медного электрода в водном растворе CuSO4. При этом он утверждает, что деформированный металл (медь), погруженный в раствор собственных ионов, никогда н-е принимает обратимого потенциала. Предполагается, что в прямой анодной полуреакции растворения участвует деформированный металл, а в сопряженной обратной катодной полуреакции осаждения — «равновесный электровосстановленный» (т. е. недеформированный). В результате между ними устанавливается не обратимый, а смешанный потенциал, хотя баланс массопере-носа сохраняется. Такое предположение находится в прямом противоречии с известными экспериментальными данными о катодном выделении меди на поверхности медных усов [76], свидетельствующими о большом кристаллизационном перенапряжении (до ста милливольт). При этом анодное растворение кристаллов меди происходило в определенных слабых местах, на которых затем обратно осаждался металл при последующем включении катодной поляризации, тогда как на остальной поверхности выделения металла не происходило. Возвращение ад-атома в кри-

Аналогичная картина наблюдается и в условиях анодной поляризации с той лишь разницей, что вместо катодных участков играют роль неактивируемые деформацией участки, которые поддерживают смешанный потенциал неизменным. Естественно, что для образцов с рабочей длиной 10 мм величина Аф на всех ступенях деформации значительно меньше, чем для образцов с меньшей рабочей площадью, и имеет тенденцию к уменьшению .с ростом степени деформации. Именно поэтому заметное (до 100 мВ) разблагораживание потенциала при деформации впервые удалось наблюдать при помощи микроэлектрохимического зонда в вершине искусственного концентратора напряжения [124], причем для получения измеримого эффекта неважно, активируется ли металл в вершине концентратора, или там происходит разрушение поверхностных пленок, или оба эти фактора действуют совместно.

В работе [83], наоборот, совсем не учитывается кристаллизационное перенапряжение при оценке электродного потенциала деформированного медного электрода в водном растворе CuSO4. При этом утверждается, что деформированный металл (медь), погруженный в раствор собственных ионов, никогда не принимает обратимого потенциала. Предполагается, что в прямой анодной полуреакции растворения участвует деформированный металл, а в сопряженной обратной катодной полуреакции осаждения — «равновесный электровосстановленный» (т. е. недеформированный металл). В результате между ними устанавливается не обратимый, а смешанный потенциал, хотя баланс массопереноса сохраняется. Такое предположение находится в прямом противоречии с известными экспериментальными данными о катодном выделении меди на поверхности медных усов [84], свидетельствующими о большом кристаллизационном перенапряжении (до 100 мВ). При этом анодное растворение кристаллов меди происходило в определенных слабых местах, на которых затем обратно осаждался металл при последующем включении катодной поляризации, тогда как на остальной поверхности выделения металла не происходило. Возвращение ад-атома в кристаллическую решетку при катодном процессе, связанное с преодолением кристаллизационного перенапряжения, переводит атом в первоначальное состояние напряженного металла, и элементарный акт растворения — восстановления является обратным при соответствующем равновесном потенциале.

Аналогичная картина наблюдается и в условиях анодной поляризации стой лишь разницей, что вместо катодных участков играют роль неактивируемые деформацией участки, которые поддерживают смешанный потенциал неизменным. Естественно, что для образцов с рабочей длиной 10 мм величина Аф на всех ступенях деформации значительно меньше, чем для образцов с меньшей рабочей площадью, и имеет тенденцию к уменьшению с ростом степени деформации. Именно поэтому заметное (до 100 мВ) разбла-гораживание потенциала при деформации впервые удалось наблюдать при помощи микроэлектрохимического зонда в вершине искусственного концентратора напряжения [141], причем для получения измеримого эффекта было неважно, активируется ли металл в вершине концентратора, или там происходит разрушение поверхностных пленок, или оба эти фактора действуют совместно.

Однако часто бывает, что на электроде одновременно протекают две или более разные электродные реакции, например анодная и катодная (рис. 7). Рассмотрим этот случай при условии, что внешний ток через электрод не протекает. Равновесный потенциал катодной реакции равен Б01, равновесный потенциал анодной реакции — Е02. Поскольку внешнего тока в цепи электрода нет, анодный и катодный токи должны быть одинаковы по величине О'шеш)» а на электроде устанавливается так называемый смешанный потенциал №смеш)« соответствующий точке пересечения кривых анодного и катодного перенапряжения. Изменение электродного потенциала, которое имеет цесто, когда через такой электрод пропускают ток, также следует рассматривать как поляризацию.

На диаграмме Эванса нанесены поляризационные кривые как анодного окисления металла (1), так и протекающей на нем катодной реакции (2). Пересечение этих двух кривых дает информацию о коррозирующем электроде. 1 - это так называемый коррозионный ток, а Е - смешанный потенциал, называемый также потенциалом свобод-

Некоторые представления о химических реакциях в растворе внутри трещины могут быть получены из рис. 133. Заштрихованная область I показывает ширину изменения пределов рН и потенциала, в которых хлориды, бромиды и иодиды ускоряют рост трещины при КР в водных растворах. Как отмечено выше, значение рН внутри трещины, по-видимому, устанавливается в пределах от 3,2 до 3,5 (область 4 на рис. 138). Понижение потенциала в трещине, развивающейся при КР, до сих пор точно не измерено, таким образом потенциал в вершине трещины неизвестен. Потенциал, соответствующий по величине области 4, представляет собой смешанный потенциал, так же как и измеренный потенциал разомкнутой цепи на образце с трещиной, полученной при КР в водном растворе хлористого натрия [44].

Mixed potential — Смешанный потенциал.

В том случае, когда разрез является частью плоскости симметрии задачи, ставятся смешанные граничные условия: на поверхности разреза — условия для вектора напряжений, а па продолжении его — пулевые касательные напряжения и пулевые нормальные перемещения. В такой постановке решен ряд пространственных модельных задач по определению коэффициента интенсивности напряжений [92]. Интегральное уравнение решалось методом механических квадратур [231, 271J. В таблице 14.3

Пек и Гёртман рассматривали полубесконечную среду, ограниченную плоскостью х\ = 0 и нагружаемую равномерно распределенным по границе нормальным давлением. Зависимость внешнего давления от времени выбиралась в форме ступеньки— единичной функции Хевисайда. Касательные напряжения на границе не задавались; вместо этого при х\ = О было наложено требование равенства нулю перемещений, параллельных осям х2 и х3. Подобные смешанные граничные условия обычны для задач о механических волноводах, поскольку они позволяют построить решение путем наложения бесконечных синусоидальных волновых пакетов. Было найдено точное решение для компоненты duijdxi тензора деформаций в виде суперпозиции синусоидальных мод — бесконечной суммы интегралов Фурье по бесконечным интервалам. Асимптотическое приближение к точному решению для больших значений времени и больших расстояний было построено при помощи метода перевала.

когда на граничной поверхности заданы условия разных типов (существенно смешанные граничные условия) . Вид используемых при этом интегральных уравнений указан в табл. 1.12, где Si,S2,S3 -участки поверхности, на которых заданы граничные условия 1-го рода (неполяризующиеся участки поверхности металла, не имеющие покрытия) , однородные условия II -го рода (изоляционные поверхности) или условия Ill-рода (линейно поляризующиеся или покрытые участки поверхности металла) , S3 - часть поверхности S3, на которой параметр k (S] отличен по величине от значения k = const, входящего в выражение для G3 .

Чаще других встречаются смешанные граничные условия. Вместе с тем в математическом отношении этим граничным условиям удовлетворить труднее, чем статическим или кинематическим. Ниже будет пояснена причина этой сложности. Реже всего встречаются кинематические граничные условия; эти условия удовлетворяются просто.

Пусть имеем тело произвольной формы, на поверхности которого, для общности заданы смешанные граничные условия. На части'поверхности Qx — силы, а на остальной — Й2~ перемещения. Пусть, кроме того, тело подвергнуто воздействию объемных сил. Предположим, что в указанной ситуации мыслимы два отличающихся одно от другого решения: и', v', w' и и", v", w". Сконструируем третью систему перемещений:

В некоторых задачах приходится рассматривать смешанные граничные условия, т. е. на некоторых участках рассматриваемой области или тела задается граничное условие 1-го рода, а на других — 2-го рода.

смешанные граничные условия. Однако в каждой точке Р e S независимо можно задать

Эти соотношения позволяют выразить кинематические, статические или смешанные граничные условия. Например, если край a=const жестко закреплен, то в точках края u=v=w=©j=©2=0; если край свободен, то T\—S=Qi—M\=If=0; если на краю реализуются условия свободного опирания, то

В том случае, когда разрез является частью плоскости симметрии задачи, ставятся смешанные граничные условия: на поверхности разреза — условия для вектора напряжений, а на продолжении его — нулевые касательные напряжения и нулевые нормальные перемещения. В такой постановке решен ряд пространственных модельных задач по определению коэффициента интенсивности напряжений [92]. Интегральное уравнение решалось методом механических квадратур [231, 271]. В таблице 14.3

На участках поверхности, где приложены силы реакций неподвижных опорных связей, могут иметь место или геометрические граничные условия (и = и = w = 0), если опорные связи полнрстью запрещают перемещения, или смешанные граничные условия, если опорные связи препятствуют перемещениям только в одном или двух направлениях. В каждом частном случае эти граничные условия нетрудно составить. Всего в каждой точке поверхности тела должно быть три граничных условия. Если, например, опорные связи препятствуют только перемещениям в направлении оси г, то соответствующие граничные условия можно записать так:

На краях трехслойной части колеса г = а и г = Ъ могут быть заданы кинематические, силовые или смешанные граничные условия. Задание кинематических условий означает, что перемещения известны и определены на контурах.