Numerische Simulation von Korrosionsprozessen für die industrielle Anwendung

Das Ziel, Korrosionsschäden effizient und langfristig zu verhindern, verfolgt aktuell eine Vielzahl von Ingenieuren und Wissenschaftlern in Unternehmen und Forschungsinstituten. Da die Korrosion an sich allerdings eine Folge des Strebens aller Metalle in den energieärmsten Zustand überzugehen und von daher unvermeidlich ist, kann sie nicht endgültig gestoppt werden. Es ist jedoch möglich, den Korrosionsprozess durch gezielte Maßnahmen zu verlangsamen und auf diese Weise die praktischen Auswirkungen zu minimieren. Dies führt zu der Notwendigkeit die Funktionsweise des Korrosionsschutzes laufend zu überprüfen und für zusätzliche Rahmenbedingungen, wie neue Materialzusammensetzungen und Belastungssituationen, weitere spezifische Maßnahmen zu entwickeln. Dementsprechend müssen kontinuierlich industrielle Prototypen experimentellen Korrosionstests unterzogen werden, wodurch diese Prototypen unweigerlich zerstört werden. Dieses Vorgehen ist folglich sowohl kosten- als auch zeitintensiv und steht Entwicklungsingenieuren nur sehr begrenzt zur Verfügung. Die auf mathematischer Modellierung basierende Korrosionssimulation verbreitet sich somit in wachsendem Ausmaß als das Mittel der Wahl um Korrosionsprozesse zu verstehen. Bisher gibt es jedoch noch kein Softwaretool mit dem der Korrosionsprozess für industrielle Anwendungen ausreichend simuliert werden kann, da die verschiedenen Modellierungsansätze den notwendigen Anforderungen derzeit nicht gerecht werden. Entweder wird nur eine statische Betrachtung des Korrosionsrisikos berechnet, bei dem der zeitliche Korrosionsverlauf vernachlässigt wird, oder es wird die zeitliche Entwicklung verschiedenster Parameter über eine kurze Dauer an kleinen Testgeometrien dargestellt. Vor allem die Verformung der Geometrie durch den Korrosionsfortschritt über lange Zeitskalen stellt eine große Herausforderung dar, die noch nicht zufriedenstellend gelöst ist. Es ist dafür notwendig, die Bewegung der korrosiv angegriffenen Oberflächen gemäß des Materialabtrags zu beschreiben. Den vielversprechendsten Ansatz stellt die Arbitrary-Lagrangian-Eulerian-Methode dar, die jedoch im Rahmen dieser Arbeit sehr sensibel eingesetzt werden muss