MRX编辑优选：均匀腐蚀对E690钢波纹夹芯板力学性能退化机制
文章介绍
Ming Liu（刘明）
通讯作者：
- 刘明，西安交通大学材料科学与工程学院
研究背景：
材料的轻量化和多功能化已成为海洋工程装备发展中的重要一环，金属波纹三明治夹芯板具有制备工艺简单、刚度大、质量轻等优点，已经实现了大量的工程应用。在海洋工程结构中，由于腐蚀导致工程结构恶性破坏事故和缩短使用寿命的案例频发，因而研究高强钢波纹板在海洋服役环境下的腐蚀失效机制且提出相应的对策极为必要。为了弥补海洋工程中高强钢晶格波纹夹层板结构腐蚀性能研究的不足。本研究选择E690高强钢波纹夹芯板作为研究对象，采用有限元方法模拟不同腐蚀位置、腐蚀程度和腐蚀时间下均匀腐蚀对波纹板的准静态压缩、三点弯曲和低速冲击性能进而获得其力学性能退化机制。以期为海洋工程用高强钢波纹板材料选择、优化与安全评价提供理论依据。
研究内容：
尽管国内外学术界对高强钢母材及焊缝在海洋环境服役中的耐蚀性及腐蚀机理已有较成熟的认知。高强钢制备成波纹板后，其在海洋环境中服役的腐蚀机制与常规密实材料相比存在差异。因此，本文主要通过对不同结构及尺寸的E690高强钢制备的波纹夹芯结构在模拟海洋腐蚀环境下对其进行了压缩、弯曲及冲击性能等力学行为研究，获得在均匀腐蚀对其力学行为退化的影响规律。
图1为E690高强钢波纹板在不同均匀腐蚀条件下的准静态压缩力学性能对比图。只有外面板腐蚀的情况下对该结构的准静态承载及能量吸收效率影响不大。一旦内面板和芯体发生腐蚀，该结构承载及力学性能显著降低。
图1 E690高强钢波纹板在准静态压缩不同腐蚀深度的力学性能对比：（a） 结构质量，（b）峰值载荷，（c）总吸能，（d）不同时间的总吸能，（e）单位吸能，（f）腐蚀时间与单位吸能
图2为不同腐蚀条件下E690波纹板横向三点弯曲力学性能对比图。外表面腐蚀对结构的抗弯刚度和峰值荷载影响相对较小，但一旦内面板发生腐蚀，结构的抗弯刚度和峰值荷载将显著降低。
图2 不同深度腐蚀后E690波纹板横向三点弯曲力学性能对比：（a）结构质量，（b）弯曲刚度，（c）不同腐蚀深度后峰值荷载，（d）不同腐蚀时间后峰值荷载
作者介绍
刘明 副教授
西安交通大学
- 刘明，西安交通大学材料学院副教授，主要从事材料腐蚀与力学方面的研究工作。2010年获西安交通大学学士学位，2013获硕士学位，2017年1月获博士学位。先后在西安交通大学、TU Delft从事博士后研究。以第一/通讯作者发表SCI论文30余篇，他引1200余次。先后获JMEP杂志杰出审稿人（2次），中国腐蚀与防护学会优秀论文奖、杰出青年成就奖。
期刊介绍
- 2022年影响因子：2.3 Citescore：5
- Materials Research Express（MRX）采用快速出版的模式，发表各类功能材料在设计、制造、性能和应用方面的最新研究。从2020年起，MRX将转变为金色开放获取出版模式，以最大限度地传播材料科学的所有领域的研究。文章内容包括：生物材料；纳米材料和纳米技术；碳的同素异形体和二维材料；电子材料；玻璃、陶瓷和非晶材料；磁性材料；金属和合金；光子材料和超材料；聚合物和有机化合物；智能材料；薄膜等。