在船舶海洋、化工、核能等工業(yè)領(lǐng)域,金屬材料經(jīng)常服役于氫環(huán)境下。作為自然界最小、最輕的原子,氫容易進(jìn)入材料并擴(kuò)散。伴隨著氫的擴(kuò)散,氫可以通過位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)長程輸運(yùn),同時(shí),氫也會(huì)被材料中的各種缺陷(空位、位錯(cuò)、界面、微孔洞、微裂紋等)捕捉或者在缺陷附近偏析。分布在材料中的氫會(huì)影響位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)和演化,進(jìn)而影響材料的塑性變形行為;另一方面,被各種缺陷捕捉或偏析在缺陷附近的氫也會(huì)影響位錯(cuò)的發(fā)射及界面的粘聚強(qiáng)度,進(jìn)而引發(fā)氫脆。認(rèn)識(shí)材料的氫脆行為、揭示其物理機(jī)理是固體力學(xué)和材料科學(xué)的重要課題,具有重要的理論意義和潛在的工程應(yīng)用前景。認(rèn)識(shí)材料的氫脆行為需從氫在材料中的擴(kuò)散入手。氫在材料中的擴(kuò)散與其濃度梯度、靜水應(yīng)力梯度及缺陷密度等密切相關(guān)。氫在材料中的擴(kuò)散與熱傳導(dǎo)雖是不同的物理過程,但描述它們的控制方程在形式上具有可比性。熱比擬是模擬材料中氫擴(kuò)散的有效方法之一。本文的主要工作包括:1.基于熱比擬的氫擴(kuò)散方程求解方法及其在ABAQUS中的實(shí)現(xiàn)。通過在UMAT中編碼,實(shí)現(xiàn)了對(duì)單元靜水應(yīng)力梯度場(chǎng)以及捕捉氫的陷阱(trap)密度的求解;通過UMAT模塊和UMATHT模塊的參數(shù)交互,實(shí)現(xiàn)了溫度場(chǎng)(濃度場(chǎng))與應(yīng)力場(chǎng)...

【文章頁數(shù)】：82 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 本文主要研究內(nèi)容
2 金屬中氫擴(kuò)散理論模型
    2.1 質(zhì)量守恒方程
    2.2 氫擴(kuò)散通量
    2.3 氫擴(kuò)散控制方程
3 各向同性彈塑性裂紋試樣中氫擴(kuò)散模擬
    3.1 平面裂紋試樣中氫擴(kuò)散
        3.1.1 氫擴(kuò)散方程與導(dǎo)熱方程類比
        3.1.2 靜水應(yīng)力梯度的計(jì)算方法
        3.1.3 陷阱位置氫濃度的計(jì)算方法
        3.1.4 有限元模型
        3.1.5 裂紋應(yīng)力場(chǎng)
        3.1.6 裂紋氫濃度場(chǎng)
        3.1.7 擴(kuò)散平衡
    3.2 氫擴(kuò)散耦合效應(yīng)
        3.2.1 氫致材料膨脹
        3.2.2 氫致材料軟化
    3.3 三維裂紋板中氫擴(kuò)散的模擬
        3.3.1 有限元模型
        3.3.2 計(jì)算結(jié)果
    3.4 本章小結(jié)
4 晶體塑性材料中氫擴(kuò)散模擬
    4.1 率相關(guān)晶體塑性本構(gòu)
        4.1.1 晶體變形學(xué)方程
        4.1.2 本構(gòu)方程
        4.1.3 率相關(guān)硬化模型
    4.2 單晶體中氫擴(kuò)散的模擬
        4.2.1 計(jì)算方法
        4.2.2 單晶建模
        4.2.3 晶向?qū)鋽U(kuò)散的影響
    4.3 多晶體中氫擴(kuò)散的模擬
        4.3.1 多晶體建模
        4.3.2 計(jì)算結(jié)果
        4.3.3 加載時(shí)間對(duì)氫擴(kuò)散的影響
        4.3.4 晶粒尺寸對(duì)氫擴(kuò)散的影響
    4.4 本章小結(jié)
5 總結(jié)與展望
    5.1 全文總結(jié)
    5.2 工作展望
致謝
參考文獻(xiàn)



本文編號(hào)：3853074