第1章 绪论
1.1 研究背景及目的
1.2 氢的来源及分类
1.3 含氢断裂准则的研究现状
1.4 氢致裂纹机理
1.4.1 氢压理论
1.4.2 弱键理论
1.4.3 降低表面能理论
1.4.4 促进局部塑性变形理论
1.4.5 抑制塑性变形理论
1.4.6 现有作用机理的总结
1.5 氢扩散行为研究进展
1.6 氢原子与氢分子转换研究进展
1.6.1 吸附与热解吸平衡
1.6.2 裂纹内腔中氢压理论
1.7 氢对力学性能及断裂性能的影响研究进展
1.7.1 氢含量对断裂韧性的影响
1.7.2 扩散氢对塑性性能的影响
1.7.3 扩散氢对断口形貌的影响
1.7.4 氢含量对强度的影响
1.8 分子动力学模拟在氢致裂纹机理研究中的应用
1.8.1 含氢条件开裂失效所需能量的模拟
1.8.2 扩散氢对开裂过程影响的动态模拟
1.8.3 扩散氢对位错影响的模拟
1.9 本课题的研究内容与方案
第2章 试验研究氢的载荷与脆化效应对力学性能的影响
2.1 引言
2.2 残余氢在钢材中的氢压作用研究
2.2.1 单侧试样充氢验证试验
2.2.2 圆棒试样充氢验证试验
2.2.3 氢损伤行为对抗拉强度的影响
2.3 扩散氢对材料强度和塑性的影响
2.3.1 试验方法及过程
2.3.2 扩散氢对塑性变形能力的影响
2.3.3 扩散氢对强度的影响
2.3.4 扩散氢对断口形貌的影响
2.4 预变形措施对氢损伤的促进效应研究
2.4.1 试验条件和方案
2.4.2 预变形拉伸试验结果
2.4.3 断口形貌分析
2.5 含氢材料断裂韧性的变化规律研究
2.5.1 CT试验过程
2.5.2 断裂韧性的计算过程
2.5.3 CT试样断口形貌分析
2.5.4 含氢断裂韧性的规律总结
2.6 本章小结
第3章 基于断裂力学的含氢断裂准则的提出及理论推导
3.1 含氢断裂新准则的提出
3.2 扩散氢含量与断裂韧性的理论关系
3.2.1 断裂韧性的决定因素
3.2.2 断面表面能与塑性变形能的理论关系
3.2.3 断面表面能与扩散氢含量的热力学平衡关系
3.2.4 扩散氢含量与断裂韧性的理论关系
3.3 裂尖断面氢覆盖率与平均扩散氢浓度的理论关系
3.3.1 浓度梯度驱动扩散过程
3.3.2 应力梯度驱动扩散过程
3.3.3 塑性变形对氢陷阱数目的影响
3.3.4 裂尖氢聚集效应
3.4 氢压的应力强度因子的理论公式研究
3.4.1 线弹性力学模型
3.4.2 弹塑性力学模型
3.4.3 氢压与外载共同作用
3.5 氢压和平均扩散氢浓度的平衡理论关系
3.5.1 基于理想气体状态方程的平衡定律
3.5.2 基于Abel–Noble理论气体状态方程的平衡定律
3.5.3 基于范德瓦尔斯气体状态方程的平衡定律
3.5.4 基于Hemmes气体状态方程的平衡定律
3.5.5 吸附与热解吸平衡定律的总结
3.6 新含氢断裂准则的理论分析
3.7 新含氢断裂准则的应用方法
3.8 本章小结
第4章 MD模拟与FE计算对新含氢断裂准则修正及补充
4.1 引言
4.2 分子动力学模拟计算原理
4.2.1 分子动力学模拟简介
4.2.2 分子动力学模拟步骤
4.2.3 相互作用势函数
4.2.4 可视化处理软件
4.3 MD模拟研究含氢断面能的变化规律
4.3.1 模拟计算的目的
4.3.2 理论背景
4.3.3 氢原子位置变化对晶界能量的影响
4.3.4 氢含量对表面能及晶界能的影响规律
4.3.5 氢含量对晶界内聚能的影响规律
4.3.6 模拟小结
4.4 MD模拟氢致脆化特性
4.4.1 模拟细节
4.4.2 能量最小化结果分析
4.4.3 拉伸模型的计算结果
4.5 MD模拟氢致裂纹扩展过程
4.5.1 模拟的内容与细节
4.5.2 模拟的结果
4.6 FE模拟研究氢压的应力强度因子求解方法
4.6.1 有限元模拟条件
4.6.2 采用J积分表征氢压作用的可行性研究
4.6.3 采用K因子表征线弹性条件下氢压作用
4.6.4 采用K因子表征弹塑性条件下氢压作用
4.7 本章小结
第5 章 氢与外载耦合装置及新含氢断裂准则的合理性验证
5.1 引言
5.2 装置设计及实验原理
5.2.1 实验的设计原理
5.2.2 实验装置的说明
5.2.3 电化学氢渗透特性的测量原理
5.2.4 氢扩散特性的计算原理
5.3 验证试验过程
5.3.1 试验材料及步骤
5.3.2 拉伸载荷的求解过程
5.3.3 扩散方向氢浓度的计算
5.3.4 临界氢浓度的计算结果
5.4 验证实验结果分析
5.4.1 裂尖氢聚集效应及模型简化
5.4.2 载荷作用效果的表征
5.4.3 氢压与扩散氢浓度的热平衡计算
5.4.4 验证实验的结果分析
5.5 本章小结
结论
创新点
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文
声明
致谢
个人简历
哈尔滨工业大学;
