Desarrollo de un modelo multiescala para el análisis de la degradación asistida de materiales policristalinos debido a agentes ambientales

Abstract

Este proyecto propone estudiar la degradación mecánica y la fractura de materiales policristalinos asistida por agentes ambientales (“Environmentally Assisted Cracking”, EAC). El estudio tendrá en cuenta los fenómenos químicos-mecánicos asociados a dicha degradación en dos escalas de longitud bien diferenciadas, la escala estructural y la del tamaño del grano, y los acoples entre ellas. Este trabajo consistirá en una resolución multifísica (fisuramiento mecánico y difusión del agente corrosivo) que utilice técnicas multiescalas variacional y termodinámicamente consistentes, basadas en el concepto de existencia de un volumen representativo elemental (“Representative Volumen Element”, RVE). Se formulará el desarrollo teórico correspondiente e implementarán las estrategias numéricas necesarias para la solución de este tipo de problemas EAC. Para ello será necesario disponer de un adecuado modelo teórico multifísica del problema EAC (incluyendo los fenómenos de adsorción y absorción del soluto en la red del sólido anfitrión, difusión del agente corrosivo influenciado por el estado mecánico del material y el efecto de fractura y fragilización del sólido debido a dicho soluto). La herramienta computacional desarrollada tendrá un enfoque modular, con capacidad para incorporar físicas adicionales en el futuro. El proyecto tendrá un impacto tecnológico y económico elevado en los sectores automotriz, aeroespacial, marítimo, petrolero, y muy principalmente en el pujante campo de la economía del hidrógeno

This project proposes to study the mechanical degradation and fracture of polycrystalline materials assisted by environmental agents (“Environmentally Assisted Cracking”, EAC). The study will consider the chemical-mechanical phenomena associated with such degradation at two different length scales, the structural and the grain size scales, and the couplings between them. This work will consist of a multiphysics resolution (mechanical cracking and corrosive diffusion) using variationally and thermodynamically consistent multiscale techniques based on the concept of the existence of a “Representative Volume Element” (RVE). The corresponding theoretical development will be formulated and the necessary numerical strategies for the solution of this type of EAC problems will be implemented. This will require an adequate multiphysical theoretical model of the EAC problem (including the phenomena of adsorption and absorption of the solute in the host solid network, diffusion of the corrosive agent influenced by the mechanical state of the material, and the effect of fracture and embrittlement of the solid due to the solute). The developed computational tool will have a modular approach with the possibility to incorporate additional physics in the future. The project will have a high technological and economic impact on the automotive, aerospace, marine, and oil sectors, especially in the booming field of the hydrogen economy