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裂纹尖端氢扩散的有限元分析

时间:2019-07-12 10:32 作者:admin

裂纹尖端氢扩散的有限元分析

【现代化工论文格式】裂纹尖端氢扩散的有限元分析摘要本文以钢为研究对象,巧妙建立计算模型,利用有限元软件分析模拟,对在应力-氢环境交互作用下钢中裂纹尖端的氢扩散规律进行了系统研究。 关健词钢有限元分析裂纹扩展氢扩散引言渗入钢中的氢很容易在原子结构排列不规则和组织结构疏松不均匀的位错、晶界、夹杂、孔洞及杂质等缺陷处扩散和聚集,使钢的力学性能和抗氢脆性能退化,降低其使用寿命。

氢在钢中的扩散和渗透能力与许多因素有关,如温度、浓度、应力等。 在有较大应力的情况下,它会对氢在钢中扩散能力起到极大的促进作用,将会更进一步增强氢在钢中的扩散能力,从而使有应力集中的缺陷部位成为整个设备的薄弱环节。 Nagao等[1]使用氢微显技术对氢在高强钢中的扩散研究也证实,应力场的存在将明显促进氢在钢中的扩散和积聚。

因此,如果能对渗入钢中氢的分布和聚集进行准确地测量,那可在较大程度上预测氢裂纹的发生,减少钢产生氢致开裂的几率。

但是,由于氢是自然界中质量最轻和半径最小的金属,要准确测量钢中的氢含量一直都是困扰工业界和科学界的一个难题。

国内外常用的甘油法测氢,实际上是一种半定量方法,只能测量整个试样中可逸出的氢,不能对试样局部位置的氢含量进行检测。 目前,测量局部氢的方法在国外已有报道,如激光烧蚀与质谱联用、激光烧蚀与气相色谱联用以及LIBS(Laser-InducedBreakdownSpectroscopy)等[2],但这些方法也存在测量精度低以及设备投资费用高等缺点而难于推广应用。

由于氢在钢中含量的测量较难实现,因此,采用模拟计算方法对氢在钢中的扩散行为和分布特点进行预测不失为一种较理想的探求方法。

随着计算机技术的飞速发展,使得各种用于科学计算的大型仿真软件应运而生。 因此就可以通过有限元模拟方法,对存在应力集中的条件下,氢在钢中分布和数值进行计算,这可在一定程度上预测和预防氢致裂纹的发生。

王正东等[3]通过有限元方法对在温度作用下氢在。