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船体阴极保护技术已普遍应用于现代大型船舶水下船体的腐蚀防护,其防腐效果很大程度上取决于防腐系统的原始设计。通常条件下,防腐系统设计是以工程经验和相关规范为基础的,往往难以达到最佳防护效果,甚至会出现局部欠保护和过保护区域。 船体防腐系统工作过程中,电流从阳极流出经由海水流到水下船体和附体(如螺旋桨)形成腐蚀相关电场,成为可以被现代观测手段侦测并作为水中兵器攻击的目标源。腐烛相关电场特征对于船舶战时安全性的威胁日益突出,必须对其加以控制。 为解决实际工程中船体阴极保护系统的局部欠保护问题,也为兼顾舰船水下电场的特征控制研究,本文建立了基于边界元法(BEM)和模拟退火算法(SA)的船体防腐系统优化方法,并对船体腐蚀相关水下电场特征进行了研究。主要研究工作如下: 首先采用BEM法建立了舰船腐蚀相关静态电场的分析模型。基于该模型对5型舰船水下电场的分布状态进行了分析,给出了船体腐蚀相关水下电场的空间对称关系和水下电场分析时的场点选取原则。对船体防腐方案性能和水下电场的影响因素进行了梳理,通过算例分析给出了其中的主要影响因素。 接着使用模拟退火算法对船体ICCP系统的保护电流进行调整以实现表面电位分布和水下电场特征的优化。给出了优化的约束条件和目标方程,完成了计算程序的编制。通过算例计算对初始温度、温降系数和Markov链长对结果精度的影响进行了分析,与单区系统的结果比较证明了方法的有效性。 最后依托上述方法开展了船体腐蚀相关水下电场特征控制的相关研究。结果表明,在水下电场垂直分量峰值区域附近设置补偿阳极有利于抑制该处的水下电场强度;通过电极的合理布设并采用多区域ICCP系统可在防腐系统全寿命期内有效控制船体的水下电场。