We present a combined phase field and cohesive zone formulation for hydrogen embrittlement that resolves the polycrystalline microstructure of metals. Unlike previous studies, our deformation-diffusion-fracture modelling framework accounts for hydrogen-microstructure interactions and explicitly captures the interplay between bulk (transgranular) fracture and intergranular fracture, with the latter being facilitated by hydrogen through mechanisms such as grain boundary decohesion. We demonstrate the potential of the theoretical and computational formulation presented by simulating inter- and trans-granular cracking in relevant case studies. Firstly, verification calculations are conducted to show how the framework predicts the expected qualitative trends. Secondly, the model is used to simulate recent experiments on pure Ni and a Ni-Cu superalloy that have attracted particular interest. We show that the model is able to provide a good quantitative agreement with testing data and yields a mechanistic rationale for the experimental observations.


翻译:我们为氢聚氨酯提出了解决金属聚晶体微结构的混合相位场和凝固区配制。与以往的研究不同,我们的变形-反射-裂变建模框架为氢-微生物结构相互作用提供了依据,并明确捕捉了散装(中转)骨折和间状骨折之间的相互作用,后者通过诸如谷物边界分解等机制得到氢的促进。我们展示了模拟相关案例研究中跨层裂变的理论和计算配方的潜力。首先,进行了核查计算,以表明框架如何预测预期的质量趋势。第二,该模型用于模拟最近对纯镍和一氧化氮超级合金进行的实验,特别引起人们的兴趣。我们表明,该模型能够提供良好的定量协议,测试数据,并为实验性观测提供机械性的理由。

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