Multiscale simulation of hydrogen segregation and decohesion

水素の偏積と脆化のマルチスケールシミュレーション

板倉 充洋  ; 蕪木 英雄; 山口 正剛   ; 海老原 健一   

Itakura, Mitsuhiro; Kaburaki, Hideo; Yamaguchi, Masatake; Ebihara, Kenichi

鉄の粒界への水素の偏積と拡散を応力解析と組合せて水素脆化割れのシミュレーションを行った。分子動力学計算を元にして開発した、亀裂先端で拡張された特殊な有限要素を用いることで空間スケール10マイクロメートル、時間スケールで数時間という大きなスケールの計算を行うことができた。そして実験で観察される水素が少ない場合の数時間という破断時間を再現することができた。

In this talk we study the interaction between hydrogen and grain boundaries of iron, and present simulation results of grain boundary decohesion of polycrystalline iron induced by hydrogen segregation. The model consists of two parts: (1) hydrogen diffusion and segregation on grain boundaries and (2) finite element model of bulk elasticity and coarse grained cohesive elements at grain boundaries. We have developed an extended FEM scheme which allows simulation of length scale in 10 micro meter and timescale in hours, and we could reproduce the time to failure in small hydrogen density case that is on the order of hours.