Optimization of the simulation of stress-assisted hydrogen diffusion for studies of hydrogen embrittlement of notched bars

Abstract

The stress-strain assisted hydrogen diffusion in metals under variable loading is concerned as a key element of elucidation of hydrogen embrittlement (HE). The suitability of simplified treatments of hydrogen diffusion in notched solids under monotonic loading is addressed comparing various 1D and 2D modeling approaches with the purpose to assess if generated approximate solutions can provide acceptable results along the diffusion depth towards prospective rupture sites, so that quite more expensive simulations may be eluded. For different geometry-and-loading cases, respective time-depth domains are revealed where certain simplified procedures can be fairly suitable to carry out calculations of metal hydrogenation for the purposes of HE analysis and control, while the choice of the optimum strategy for the stress-strain assisted diffusion simulations in notched members is case- and purpose-dependent.

Проаналізовано дифузію водню в металах за наявності напружень і деформацій, зумовлених змінними навантаженнями. Шляхом порівняння серії одно- і двовимірних модельних підходів зроблено висновок про можливість застосування спрощених процедур до розв’язування задач про дифузію водню в тілах з вирізами, щоб уникнути громіздких обчислень. Для різних геометрії і навантаження виявлено відповідні області змінних часу і глибини дифузії, за яких деякі спрощені підходи можуть дати прийнятні результати для визначення наводнювання металів. Вибір оптимального шляху вивчення дифузії за впливу напружень і деформацій залежить від конкретної мети моделювання.

Проанализирована диффузия водорода в металлах при наличии напряжений и деформаций, вызванных изменяющимися нагружениями. Путем сравнения одно- и двумерных модельных подходов сделан вывод о возможности применения упрощенных процедур к решению задач о диффузии водорода в телах с вырезами, чтобы избежать громоздких вычислений. Для разных геометрии и нагружения выявлены соответствующие области переменных времени и глубины диффузии, когда некоторые упрощенные подходы могут дать приемлемые результаты для определения наводороживания металлов. Выбор оптимального способа изучения диффузии при воздействии напряжений и деформаций зависит от конкретных целей моделирования.