基于热比拟法的氢浓度

发布时间：2023-10-12 00:18

　　在船舶海洋、化工、核能等工业领域,金属材料经常服役于氢环境下。作为自然界最小、最轻的原子,氢容易进入材料并扩散。伴随着氢的扩散,氢可以通过位错的运动实现长程输运,同时,氢也会被材料中的各种缺陷(空位、位错、界面、微孔洞、微裂纹等)捕捉或者在缺陷附近偏析。分布在材料中的氢会影响位错的运动和演化,进而影响材料的塑性变形行为;另一方面,被各种缺陷捕捉或偏析在缺陷附近的氢也会影响位错的发射及界面的粘聚强度,进而引发氢脆。认识材料的氢脆行为、揭示其物理机理是固体力学和材料科学的重要课题,具有重要的理论意义和潜在的工程应用前景。认识材料的氢脆行为需从氢在材料中的扩散入手。氢在材料中的扩散与其浓度梯度、静水应力梯度及缺陷密度等密切相关。氢在材料中的扩散与热传导虽是不同的物理过程,但描述它们的控制方程在形式上具有可比性。热比拟是模拟材料中氢扩散的有效方法之一。本文的主要工作包括:1.基于热比拟的氢扩散方程求解方法及其在ABAQUS中的实现。通过在UMAT中编码,实现了对单元静水应力梯度场以及捕捉氢的陷阱(trap)密度的求解;通过UMAT模块和UMATHT模块的参数交互,实现了温度场(浓度场)与应力场...

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 本文主要研究内容
2 金属中氢扩散理论模型
    2.1 质量守恒方程
    2.2 氢扩散通量
    2.3 氢扩散控制方程
3 各向同性弹塑性裂纹试样中氢扩散模拟
    3.1 平面裂纹试样中氢扩散
        3.1.1 氢扩散方程与导热方程类比
        3.1.2 静水应力梯度的计算方法
        3.1.3 陷阱位置氢浓度的计算方法
        3.1.4 有限元模型
        3.1.5 裂纹应力场
        3.1.6 裂纹氢浓度场
        3.1.7 扩散平衡
    3.2 氢扩散耦合效应
        3.2.1 氢致材料膨胀
        3.2.2 氢致材料软化
    3.3 三维裂纹板中氢扩散的模拟
        3.3.1 有限元模型
        3.3.2 计算结果
    3.4 本章小结
4 晶体塑性材料中氢扩散模拟
    4.1 率相关晶体塑性本构
        4.1.1 晶体变形学方程
        4.1.2 本构方程
        4.1.3 率相关硬化模型
    4.2 单晶体中氢扩散的模拟
        4.2.1 计算方法
        4.2.2 单晶建模
        4.2.3 晶向对氢扩散的影响
    4.3 多晶体中氢扩散的模拟
        4.3.1 多晶体建模
        4.3.2 计算结果
        4.3.3 加载时间对氢扩散的影响
        4.3.4 晶粒尺寸对氢扩散的影响
    4.4 本章小结
5 总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 工作展望
致谢
参考文献



本文编号：3853074