Resumen de Phase field modelling to predict hydrogen-assisted failures in elastic-plastic materials

Andrés Díaz Portugal, Emilio Martínez Pañeda, Luis Borja Peral Martínez, Isidoro Iván Cuesta Segura, Jesús Manuel Alegre Calderón

• español

  La predicción de la fragilización por hidrógeno mediante modelos numéricos es todavía un campo abierto debido a la complejidad de los fenómenos involucrados. En el presente trabajo se resumen y comparan los enfoques por Elementos Finitos para su modelización, poniendo el foco en modelos de phase field. La formulación phase field no solo se limita a fracturas frágiles, sino que incluye una extensión dúctil; además, los efectos del hidrógeno se modelizan mediante una reducción en la energía de fractura local, que puede basarse en cálculos atomísticos de descohesion pero también puede ser ajustada experimentalmente. Este marco numérico acoplado incluye el transporte de hidrógeno y es implementado en el software Comsol Multiphysics. Se analiza como ejemplo una placa con grieta lateral para demostrar la influencia de la energía de fractura o del endurecimiento. Por último, se capturan la fragilización por hidrógeno ante diferentes niveles de concentración y se reproducen los efectos de la velocidad de deformación debido al carácter transitorio de la redistribución de hidrógeno.

• English

  Prediction of hydrogen-related failures through numerical modelling is still an open field due to the complexity and multiscale nature of the involved phenomena. In the present work, Finite Element approaches for hydrogen embrittlement are summarised and compared, highlighting the advantages of phase field models. Phase field formulation is not only limited to brittle failures but includes a ductile extension and hydrogen effects are modelled through a reduction in a local fracture energy, which is typically based on atomistic calculations of hydrogen-enhanced decohesion but can also be experimentally fitted. The coupled framework includes hydrogen transport and is implemented in the commercial software Comsol Multiphysics. A case study of a single-edge cracked plate is analysed to show the influence of fracture energy or hardening. In addition, hydrogen embrittlement at different concentration levels is captured and strain rate effects are reproduced due to the transient character of hydrogen redistribution.