Computational modelling of hydrogen-induced failure in metallic materials
Metalik malzemelerde hidrojen kaynaklı kırılmanın hesaplamalı modellenmesi
- Tez No: 903859
- Danışmanlar: DOÇ. DR. TUNCAY YALÇINKAYA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Polikristal, Yerel olmayan plastisite, Polycrystalline, Nonlocal plasticity
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Hidrojen kaynaklı malzeme hasarı fenomeni, birçok metalik malzemeyi etkileyen ve son zamanlarda önemli bir ilgi gören bir konudur. Bu fenomen, hidrojen atomlarının metalik malzemelerin kafes yapısı içinde difüze olarak yer değiştirmesi sonucu ortaya çıkar ve bu durum genellikle hidrojen üreten bir ortamla temas halinde gerçekleşir. Hidrojen kaynaklı malzeme hasarı üzerine yapılan çalışmalar, hidrojen atomlarının metalik malzemelerin kafes yapısında bulunmasının, çatlak oluşumu ve yayılımını fazlasıyla etkilediğini ve bunun sonucunda süneklik, dayanım, tokluk ve yorulma ömründe azalmalar meydana geldiğini göstermektedir. Hidrojen kaynaklı malzeme hasarını açıklayan çeşitli teoriler ortaya atılmıştır, bunlardan hidrojen destekli lokalize plastisite ve hidrojen destekli dekohezyon mekanizmaları öne çıkmaktadır. Bu mekanizmalar, hidrojenin malzeme içindeki kusurlar ve dislokasyonlar ile etkileşimlerini tanımlayarak hasarın nasıl meydana geldiğini açıklar. Dolayısıyla, hidrojen kaynaklı hasarı anlayabilmek için malzeme kusurlarının ilerleyişini ve hidrojenin malzeme içindeki taşınımını doğru bir şekilde tanımlamak büyük önem taşımaktadır. Bu tezde, hidrojenin gerilme etkisi ile taşınımı, izotropik Von Mises plastisitesi, kristal plastisite ve gerinim gradyanı kristal plastisite gibi malzeme modelleri ile potansiyel tabanlı karışık modlu kohezif alan modeliyle birleştirilmektedir. Bu formülasyon, asıl olarak hidrojen kaynaklı intergranüler hasarın birincil hasar mekanizması olarak incelendiği hidrojen destekli dekohezyon mekanizmasını modellemek amacıyla kullanılmaktadır. İlk olarak, iki boyutlu Von Mises plastisite simülasyonları, çentikli numunelere ait deneysel verilerle karşılaştırılarak önerilen formülasyonun doğruluğu test edilmiştir ve deneylerle yakın sonuçlar elde edilmiştir. Daha sonra, hidrojen kaynaklı hasarın mikromekanik modellemesinde boyut ve yerel olmayan etkileri incelemek amacıyla, oluşturulan üç boyutlu çok tanecikli temsili hacim elemanları üzerinde kristal plastisite ve gerinim gradyanı kristal plastisite simülasyonları gerçekleştirilmiştir.
Özet (Çeviri)
The phenomenon of hydrogen-induced failure, which affects a wide range of metals, has attracted significant interest in recent times. This phenomenon arises when hydrogen particles diffuse and relocate within the lattice structure of metallic materials upon exposure to a hydrogen-producing environment. Literature on hydrogen-induced failure has demonstrated that the existence of hydrogen atoms within the lattice structure of metallic materials profoundly affects both the onset and propagation of cracks, resulting in decreased ductility, strength, toughness, and fatigue life. Several theories have been proposed to explain the various mechanisms involved in hydrogen-induced failure, such as hydrogen-enhanced plasticity and hydrogen-enhanced decohesion. These mechanisms connect hydrogen-induced damage to the interactions occurring between hydrogen and imperfections within the material. Therefore, it is crucial to accurately describe the progression of material defects and migration of hydrogen to comprehend hydrogen-induced failure. In this thesis, a potential-based mixed-mode cohesive zone model is coupled with stress-driven hydrogen transport and constitutive frameworks including isotropic Von Mises plasticity, crystal plasticity, and strain gradient crystal plasticity. This framework is used to model the hydrogen--enhanced decohesion mechanism, focusing on hydrogen-induced intergranular failure as the primary failure mechanism. Initially, 2D Von Mises plasticity simulations are used to validate the proposed novel framework against data from notched specimens, showing a strong correlation with experimental results. Then, crystal plasticity and strain gradient plasticity simulations are conducted on the generated and preprocessed 3D polycrystalline RVEs to examine size and nonlocal effects in the micromechanical modeling of hydrogen-induced failure.
Benzer Tezler
- Numerical modeling of hydrogen embrittlement on single crystals
Tek kristallerde hidrojen gevrekleşmesinin sayısal modellenmesi
CANER ÇAMALAN
Doktora
İngilizce
2025
Makine MühendisliğiAtılım ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZGÜR ASLAN
- A multiscale computational study to elucidate dynamics, reactivity, and inhibition of enzymes
Enzimlerin dinamiğinin, reaktivitesinin ve inhibisyonunun aydınlatılmasına yönelik hesaplamalı bir çalışma
ERDEM ÇİÇEK
Doktora
İngilizce
2025
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiHesaplamalı Bilim ve Mühendislik Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
PROF. DR. FETHİYE AYLİN SUNGUR
- Impact of hydrogen addition on combustion characteristics in a swirl-stabilized partially premixed combustor
Gırdaplayıcı içeren kısmi karışımlı yanma odasına hidrojen ilavesinin yanma karakteristiklerine etkisi
TUĞBA KARASU
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYŞE GÜL GÜNGÖR
- Development of N-heterocyclic carbene catalysts for atom transfer radical polymerization
Atom transfer radikal polimerizasyonu için N-heterosiklik tabanlı katalizör geliştirilmesi
MUSTAFA SEMİH YILDIRIM
Doktora
İngilizce
2025
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CÜNEYT HÜSEYİN ÜNLÜ
- Computational analysis and experimental verification of premixed combustion of hydrogen methane/air mixtures
Önkarışımlı hidrojen metan/hava yakıtlarının yanmasının sayısal analizi ve deneysel doğrulanması
BARIŞ YILMAZ
Doktora
İngilizce
2010
Makine MühendisliğiMarmara ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. Z. SİBEL ÖZDOĞAN