耦合热-化学-力学相场模型用于氢气助力裂纹在弯头焊接中的建模
计算工程、金融与科学
2026-01-05 v1 材料科学
应用物理
化学物理
摘要
本文提出一种新的计算框架，用于预测氢气传输管道焊接部的结构完整性。该框架结合了：(i)热-力学焊接过程模型，和(ii)考虑塑性应力和氢气捕获的耦合变形-扩散-断裂相场模型，包括多种捕获类型，涉及固定和演化的捕获密度。这使我们能够首次捕捉残余应力、捕获创建、氢气输运与断裂之间的相互作用。本文针对X80管道钢的焊接完整性进行了具体化建模，聚焦于弯头焊接，因为其多次焊接的特性使其更为复杂。焊接过程模型用于识别三个焊接区域的尺寸和特征：基材、热影响区和焊缝，分别进行处理。随后进行虚拟断裂实验，结果与实验室研究表现出很好的一致性。随后评估了焊接管道的完整性，估算了广泛情景下的临界失压。特别关注的是评估在考虑用于氢气运输的现有天然气管道中所包含的焊接缺陷的结构完整性后果，包括孔洞、不完全渗透、瑕疵、不完全熔合、根收缩和边缘凹陷。在含氢气环境中的结果表明，焊接组织结构的作用以及现有天然气管道标准中被认为是安全的焊接缺陷的恶性影响具有重要意义。
引用
@article{arxiv.2601.00471,
title = {Coupled thermo-chemo-mechanical phase field-based modelling of hydrogen-assisted cracking in girth welds},
author = {L. Castro and Y. Navidtehrani. C. Betegón and E. Martínez-Pañeda},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.00471},
year = {2026}
}