یک مدل استوکستیکی خوردگی سازه های فولادی در معرض آب دریا

معرف زاده, محمدرضا

doi:10.22075/jme.2018.2921

اداره چاپ و انتشارات دانشگاه سمنان

تعداد نشریات	21
تعداد شماره‌ها	688
تعداد مقالات	10,010
تعداد مشاهده مقاله	71,012,957
تعداد دریافت فایل اصل مقاله	62,465,963

	یک مدل استوکستیکی خوردگی سازه های فولادی در معرض آب دریا
مدل سازی در مهندسی
مقاله 7، دوره 16، شماره 52، فروردین 1397، صفحه 67-81 اصل مقاله (1.41 M)
نوع مقاله: پژوهشی
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22075/jme.2018.2921
نویسنده
محمدرضا معرف زاده^*
دانشگاه امام حسین (ع)
تاریخ دریافت: 01 مرداد 1394، تاریخ بازنگری: 01 مهر 1395، تاریخ پذیرش: 17 آذر 1395
چکیده
بمنظور آنالیز قابلیت اعتماد سازه های فولادی که در دریا بکار گرفته می شوند و بالتبع درمعرض خوردگی ناشی از اثرات آب خورنده دریا هستند ضرورت دارد که یک مدل فیزیکی که نمایشگر رفتار عمومی خوردگی فولاد در معرض آب دریا باشد و نیزیک مدل استوکستیکی که فرآیند خوردگی را بلحاظ رفتار احتمالاتی آن توصیف کند بکار گرفته شوند. دراین مقاله از مدل خوردگی ملچرز بمنظور توصیف رفتار فیزیکی خوردگی برای فولادهای دریایی استفاده می گردد. همچنین یک مدل احتمالاتی پیشنهاد می شود که درآن فرآیند خوردگی بصورت پلکانی مدل شده و هر پله آن یک پرش در مقدار خوردگی را نمایش می دهد. طول زمانی این پله ها ثابت و تعیینی گرفته می شوند اما پرش آنان متغیر های تصادفی مستقلی مدل می شوند که از توزیع گاما پیروی می کنند. در این نوشتار برخلاف فرآیند معمول گاما، پارامتر های شکل و مقیاس توزیع های گاما در هر پله متفاوت گرفته شده و بنابراین خوردگی تجمعی در هر زمان دلخواه در طول عمر سازه جمع n متغیر تصادفی با مشخصات احتمالاتی متفاوت خواهد شد. در این تحقیق پس از ارائه مدل احتمالاتی این فرآیند، شیوه ای جدید از کاربردروش تخمین پارامترهای "احتمال حداکثر" با استفاده از داده های خوردگی در کانال پاناما ارائه می گردد و در پایان از این مدل برای آنالیز قابلیت اعتماد سازه های دریایی در معرض خوردگی در مناطقی شبیه وضعیت اقلیمی کانال پاناما استفاده می گردد. نتایج اعمال مدل پیشنهادی در خصوص داده های موجوی نشان می دهند که مدل انعطاف پذیری مناسبی را برای نمایش میانگین و واریانس فرآیند خوردگی دارا می باشد.
کلیدواژه‌ها
خوردگی دریایی؛ قابلیت اعتماد سازه؛ فولاد کربنی و کم آلیاژ؛ متغیر تصادفی گاما
عنوان مقاله [English]
A stochastic corrosion model for structural steels subject to sea waters
نویسندگان [English]
Mohammad Reza Moarefzadeh

چکیده [English]
In order to perform reliability analysis of steel structures subject to sea waters and thus to corroding marine environments, it is necessary to use: a) a model describing physical behavior of corrosion in structures placed in these circumstances and b) a stochastic model describing probabilistic behavior of corrosion phenomenon along time. In this study, Melchers' model is employed as a physical corrosion model. Furthermore, a probabilistic model is proposed in which the corrosion process is discretized into a few steps each of which representing a jump/an increment in corrosion quantity. Despite having a pre-defined deterministic small duration, each step is modeled with an independent random variable following a gamma distribution. In this paper, in contrast to the conventional gamma process, the shape and scale parameters of the involving gamma distributions are different for each step. This will result in an accumulating corrosion process which is a sum of n different gamma distributed random variables in any arbitrary point of time. Herein, in addition, a new application of "maximum likelihood method" for estimating of model parameters is proposed. Panama Canal data for carbon and low-alloyed steels is used for the purpose of parameter estimation. Reliability analysis of a structure subjected to an environment similar to that of Panama Canal is then investigated. Implementation of the model proposed herein to data available indicates that it could be sufficiently flexible to show the mean and variance of the marine corrosion processes.
کلیدواژه‌ها [English]
marine corrosion, structural reliability, carbon steels/low-alloyed steels, gamma random variable

مراجع
[1] R. E. Melchers, "Modeling of marine immersion corrosion for mild and low-alloy steels—Part 1: Phenomenological model", Corrosion, Vol. 59, NO. 4, April 2003, pp. 363 – 367. [2] R. E. Melchers, "Modeling of Marine Immersion Corrosion for Mild and Low-Alloy Steels—Part 2: Uncertainty Estimation", Corrosion, Vol. 59, NO. 4, April 2003, pp. 335-344. [3] C. G. Soares, and Y. Garbatov, "Reliability of maintained, corrosion protected plates subjected to non-linear corrosion and compressive loads", Marine Structures, Vol. 12, NO. 6, July 1999, pp. 425-445. [4] R. E. Melchers, "Long-term corrosion of cast irons and steel in marine and atmospheric environments", Corrosion Science, Vol. 68, March 2013, pp. 186-194. [5] R. E. Melchers, "Microbiological and abiotic in modelling longer-term Marchine corrosion", Bioelectrochemistry, Vol. 97, June 2014, pp. 89-96. [6] R. E. Melchers, "Long-term immersion corrosion of steels in seawaters with nutrient concentration", IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 81, April 2014, pp. 110-116. [7] S. Qin, and W. Cui, "Effect of corrosion models on the time-dependent reliability of steel plated elements", Marine Structures, Vol. 16, NO. 1, January 2003, pp. 15-34. [8] M. D. Pandey, X. X. Yuan, and J. M. V. Noortwijk, "The influence of temporal uncertainty of deterioration on life-cycle management of structures", Structure and Infrastructure Engineering, Vol. 5, NO. 2, April 2009, pp. 145-156. [9] J. M. Van Noortwijk, "A survey of the application of gamma processes in maintenance", Reliability Engineering & System Safety, Vol. 94, NO. 1, January 2009, pp. 2 – 21. [10] M. Mahmoodian, and A. Alani, "Modeling deterioration in concrete pipes as a stochastic gamma process fortime-dependent reliability analysis", Journal of pipeline systems engineering and practice, Vol. 5, NO. 1, March 2013, pp. 1-5. [11] M. Giorgio, M. Guida, and G. Pulcini, "A state-dependent wear model with an application to marine engine cylinder liners", Technometrics, Vol. 52, NO. 2, May 2010, pp. 172-187. [12] M. R. Moarefzadeh, "Reliability of Marine Steel Structures Against Corrosion", Modares civil Engineering Journal, Vol. 16, NO. 3, 2016, pp. 203-215, (in Farsi). [13] M. Guida, F. Postiglione, and G. Pulcini, "A time–discrete extended gamma process for time-dependent degradation phenomena", Reliability Engineering & System Safety, Vol. 105, September 2012, pp. 73-79. [14] M. Giorgio, M. Guida, and G. Pulcini, "A new class of Markovian processes for deteriorating units with state dependent increments and covariates", IEEE Transactions on Reliability, Vol. 64, NO. 2, June 2015, pp. 562–578. [15] M. Giorgio, M. Guida, and G. Pulcini, "Modeling a degradation process with dependent increaments in presence of random heterogeneity", InProceedings 6th International Conference on Accelerated Life Testing and Degradation Models–ALT’2016 2016, pp. 51-60. [16] C. R. Southwell, and A. L. Alexander, "Corrosion of metals in tropical waters, structural ferrous metals", Materials Protection, Vol. 9, NO. 1, January 1970, pp. 14 – 23. [17] R. E. Melchers, and R. Jeffrey, "The critical involvement of anaerobic bacterial activity in modeling the corrosion behavior of mild steel in marine environments", Electrochimica Acta, Vol. 54, NO. 1, December 2008, pp. 80-85. [18] R. E. Melchers, and T. Wells, "Models for the anaerobic phases of marine immersion corrosion", Corrosion Science, Vol. 48, NO. 7, July 2006, pp. 1791-1811. [19] J. N. Friend, "Deterioration of structures of timber, metal, and concrete exposed to the action of sea-water", eighteen report of the committee of the institution of civil engineers, ICE. [20] P. G. Moschopoulos, "The distribution of the sum of independent gamma random variables", Annals of the Institute of Statistical Mathematics, Vol. 37, NO. 1, December 1985, pp. 541-544. [21] P. L. Liu, and A. Der Kiureghian, "Multivariate distribution models with prescribed marginal and covariances", Probabilistic Engineering Mechanics, Vol. 1, NO. 2, June 1986, pp. 105-112. [22] R. E. Melchers, "Structural reliability; analysis and prediction", John Wiley & Sons, 1999. [23] T. A. Tran, and A. B. Sesay, "Sum of arbitrarily correlated Gamma variates and performance of wireless communication systems over Nakagami-m fading channels", IET communications, Vol. 1, NO. 6, December 2007, pp. 1133-1137.
آمار تعداد مشاهده مقاله: 1,002 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 346

سامانه مدیریت نشریات علمی. قدرت گرفته از سیناوب

پیوندهای مفید

پیوندهای مفید

آمار

یک مدل استوکستیکی خوردگی سازه های فولادی در معرض آب دریا