基于应变梯度塑性的氢环境辅助开裂建模
材料科学
2017-11-17 v1
摘要
将钝裂纹尖端应力的有限元分析（强调有限应变及唯象与基于机制的应变梯度塑性（SGP）表述）与闭塞裂纹尖端氢（H）溶解度的电化学评估及两种 H 解聚模型相整合，以预测氢环境辅助裂纹扩展特性。SGP 提高裂纹尖端几何必需位错密度与流变应力，其增强随合金强度增加而减弱。升高的静水应力促进高陷阱 H 浓度以造成裂纹尖端损伤；在 H 开裂模型中必须考虑 SGP。对高强度奥氏体 Ni-Cu 超级合金（Monel K-500）与两种现代超高强度马氏体钢（AerMet 100 与 Ferrium M54）在 0.6 M NaCl 溶液中于一系列外加电位下受载，阈值应力强度因子与 H 扩散限制的第二阶段裂纹扩展速率的预测与实验数据相符。对 Monel K-500，使用经典或梯度修正表述均能准确预测 KTH 随阴极电位的变化；然而第二阶段扩展速率最好由裂纹尖端应力的 SGP 描述预测，其对应 1 {\mu}m 的临界距离。对钢，阈值与扩展速率最好用超过合金屈服强度 6 至 8 倍且延伸至裂纹尖端前 1 {\mu}m 的高静水应力预测。该应力近乎可由三长度唯象 SGP 表述达到，但需额外应力增强，可能源于尖端几何或滑移微观结构。
引用
@article{arxiv.1711.06179,
title = {Strain gradient plasticity-based modeling of hydrogen environment assisted cracking},
author = {Emilio Martínez-Pañeda and Christian F. Niordson and Richard P. Gangloff},
journal= {arXiv preprint arXiv:1711.06179},
year = {2017}
}