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腐蚀是金属与其所在环境(通常为自然环境)之间发生化学反应,缓慢由不稳定态回归其自然稳定状态的过程。该过程中的化学反应会受到结构中弹性和塑性应变的影响。几乎所有的实验研究都表明拉应力可能会加快阳极溶解速率。这种应力腐蚀关系通常可通过Gutman力化耦合理论来描述。基于该理论的数值模型能用于任意形状结构的应力腐蚀,包括点蚀、缝隙腐蚀和电偶腐蚀等。在本文中,我们将该力化耦合理论引入到非局部近场动力学(PeriDynamic)模型中,建立应力腐蚀的近场动力学计算模型。近场动力学理论是一种非局部理论,它通过求解空间积分方程描述物质力学(扩散)行为,避免了基于连续性假设建模和求解空间微分方程的传统方法在面临不连续问题时的奇异性。在近场动力学腐蚀模型中[1-2],腐蚀过程的阳极反应被理解为电解质-金属固体双相系统中的动态扩散过程,并伴随着导致界面自发演化的相变机制,同时在金属内部的腐蚀会在金属表面附近产生一定厚度的扩散腐蚀层。两相材料扩散包括金属表面附近金属原子失电子的溶解(金属内部扩散)和溶液中金属离子的扩散。近场动力学腐蚀模型是一种可靠的、灵活的模拟腐蚀损伤的工具。它已被用于模拟点蚀和晶间腐蚀的损伤演化过程。在本文中,我们将力化耦合动力学关系引入到近场动力学腐蚀损伤模型[3]。该模型考虑了阳极溶解速率与非局部膨胀之间的指数依赖性。指数函数中的常数对应于电流密度对所施加应力的敏感性,该参数可以通过实验进行校准。我们对铜进行了应力腐蚀试验,在施加不同大小拉应力情况下,测量其腐蚀速率,通过该实验校准了近场动力学应力腐蚀模型中的参数。然后,我们使用校准后的模型成果地预测了其他应力水平下的腐蚀速率。新的近场动力学应力腐蚀模型有以下优点:模型中损伤演化是自发进行的,不需要人为地跟踪或者标定腐蚀界面;自动包含了金属表面的扩散腐蚀层损伤演化结果;模型结果中展现了腐蚀界面的微观粗糙化;包含了腐蚀速率对变形的依赖性;在该模型引入断裂准则,则可以很容易地模拟应力腐蚀开裂。