氫化物誘致金屬穩(wěn)態(tài)斷裂增長(zhǎng)的數(shù)值分析.pdf

1、在溫度和裂尖速度恒定、平面應(yīng)變和小尺度氫化物沉淀?xiàng)l件下，本報(bào)告基于數(shù)值方法探討氫化物誘致金屬材料裂紋增長(zhǎng)的現(xiàn)象和規(guī)律。文中數(shù)學(xué)模型能考慮氫擴(kuò)散、氫化物沉淀、非機(jī)械能量流和氫化物/固溶變形等多物理場(chǎng)的耦合現(xiàn)象。導(dǎo)出的應(yīng)力態(tài)金屬中氫的固態(tài)溶解度解析表達(dá)式適用于描述具有不同彈性性態(tài)及任意幾何形狀的氫化物。在這一一般表達(dá)式中，氫化物和金屬相被認(rèn)為具有完全各向異性的力學(xué)性態(tài)。 研究表明當(dāng)接近氫化學(xué)平衡和臨近應(yīng)力強(qiáng)度因子閾值裂紋傳播時(shí)，靜水

2、應(yīng)力平臺(tái)產(chǎn)生于臨近裂尖氫化物沉淀的區(qū)域。靜水應(yīng)力平臺(tái)強(qiáng)烈依賴于遠(yuǎn)場(chǎng)氫濃度和溫度，但是幾乎與金屬材料的屈服強(qiáng)度和硬化特性無關(guān)。同一靜水應(yīng)力也出現(xiàn)在產(chǎn)生氫化物的裂尖后面。裂尖場(chǎng)附近的特性用于估計(jì)遠(yuǎn)場(chǎng)氫濃度的閾值(而且發(fā)現(xiàn)低于此閾值時(shí)不會(huì)產(chǎn)生氫化物沉淀)和應(yīng)力強(qiáng)度因子閾值。當(dāng)歸一化應(yīng)力強(qiáng)度因子接近零時(shí)，臨近應(yīng)力強(qiáng)度因子閾值的裂尖場(chǎng)產(chǎn)生，它可由氫化物沉淀區(qū)域的常靜水應(yīng)力體現(xiàn)。隨著歸一化應(yīng)力強(qiáng)度因子值的增加，裂紋傳播的裂尖場(chǎng)從階段Ⅰ演化到階段Ⅱ，