基于相场的电化学-力学断裂框架：含裂纹电解质、化学反应与稳定化
计算工程、金融与科学
2023-08-02 v1 应用物理
化学物理
摘要
我们提出一种用于模拟电化学-力学断裂的新理论与计算框架。该模型将断裂的相场描述与电解质行为、表面化学反应及应力辅助扩散的完全耦合表征相结合。重要的是，我们提出一种新的基于物理的公式来描述含电解质的相场裂纹，恰当地捕捉电化学传输与反应动力学对裂纹张开高度的敏感性。与其他现有方法不同，该方法被证明能准确捕捉离散断裂模拟所获得的结果。所提出的电化学-力学模型的潜力通过将其专门用于分析暴露于水溶液的金属样品中的氢脆来展示。有限元实现以电解质电势、相关离子物种浓度、表面覆盖度、稀释物种浓度、位移场与相场序参量作为节点自由度。我们特别致力于提升稳定性与效率，从而开发出避免病态约束自由度与消除数值振荡的集总积分格式的策略。所进行的数值实验展示了该模型对涉及自由流动与含裂纹电解质的系统给出无假设预测的能力。所得结果凸显了电解质行为在驱动开裂过程中的作用，证明了现有模型的局限性。
引用
@article{arxiv.2307.01105,
title = {A phase field-based framework for electro-chemo-mechanical fracture: crack-contained electrolytes, chemical reactions and stabilisation},
author = {T. Hageman and E. Martínez-Pañeda},
journal= {arXiv preprint arXiv:2307.01105},
year = {2023}
}