Environmentally assisted cracking phenomena are widespread across the transport, defence, energy and construction sectors. However, predicting environmentally assisted fractures is a highly cross-disciplinary endeavour that requires resolving the multiple material-environment interactions taking place. In this manuscript, an overview is given of recent breakthroughs in the modelling of environmentally assisted cracking. The focus is on the opportunities created by two recent developments: phase field and multi-physics modelling. The possibilities enabled by the confluence of phase field methods and electro-chemo-mechanics modelling are discussed in the context of three environmental assisted cracking phenomena of particular engineering interest: hydrogen embrittlement, localised corrosion and corrosion fatigue. Mechanical processes such as deformation and fracture can be coupled with chemical phenomena like local reactions, ionic transport and hydrogen uptake and diffusion. Moreover, these can be combined with the prediction of an evolving interface, such as a growing pit or a crack, as dictated by a phase field variable that evolves based on thermodynamics and local kinetics. Suitable for both microstructural and continuum length scales, this new generation of simulation-based, multi-physics phase field models can open new modelling horizons and enable Virtual Testing in harmful environments.


翻译:在运输、国防、能源和建筑部门,环境辅助裂缝现象十分普遍,但是,预测环境辅助裂缝是一个高度跨学科的工作,需要解决正在发生的多种材料-环境相互作用。本稿概述了环境辅助裂缝模型的建模方面最近出现的突破;重点是最近两个发展动态所创造的机会:阶段场和多物理学建模;在三个环境辅助的裂缝现象的背景下讨论由相位场方法和电化学-机械建模相结合所促成的可能性:氢聚合、地方化的腐蚀和腐蚀疲劳。变形和骨折等机械过程可与当地反应、电离子迁移和氢吸收和传播等化学现象相结合;此外,这些过程可与对不断演变的界面的预测相结合,例如,根据热动力学和地方动动能变化而成的阶段场变异所决定的坑或裂痕。适合微结构与连续的长度尺度、这种新型的变形和骨质的腐蚀、多物理阶段的模拟环境中的新型的有害模拟、多物理模拟模拟和模拟模型化。

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