A phase field-based framework for electro-chemo-mechanical fracture: Crack-contained electrolytes, chemical reactions and stabilisation

电解质 断裂(地质) 材料科学 相(物质) 领域(数学) 机械 有限元法 氢脆 自由度(物理和化学) 流离失所(心理学) 复合材料 热力学 化学 物理 电极 腐蚀 数学 物理化学 心理治疗师 纯数学 有机化学 心理学
作者
Tim Hageman,Emilio Martínez‐Pañeda
出处
期刊:Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering [Elsevier BV]
卷期号:415: 116235-116235 被引量:43
标识
DOI:10.1016/j.cma.2023.116235
摘要

We present a new theoretical and computational framework for modelling electro-chemo-mechanical fracture. The model combines a phase field description of fracture with a fully coupled characterisation of electrolyte behaviour, surface chemical reactions and stress-assisted diffusion. Importantly, a new physics-based formulation is presented to describe electrolyte-containing phase field cracks, appropriately capturing the sensitivity of electrochemical transport and reaction kinetics to the crack opening height. Unlike other existing methods, this approach is shown to accurately capture the results obtained with discrete fracture simulations. The potential of the electro-chemo-mechanical model presented is demonstrated by particularising it to the analysis of hydrogen embrittlement in metallic samples exposed to aqueous electrolytes. The finite element implementation takes as nodal degrees-of-freedom the electrolyte potential, the concentrations of relevant ionic species, the surface coverage, the concentration of diluted species, the displacement field and the phase field order parameter. Particular attention is devoted to improve stability and efficiency, resulting in the development of strategies for avoiding ill-constrained degrees of freedom and lumped integration schemes that eliminate numerical oscillations. The numerical experiments conducted showcase the ability of the model to deliver assumptions-free predictions for systems involving both free-flowing and crack-contained electrolytes. The results obtained highlight the role of electrolyte behaviour in driving the cracking process, evidencing the limitations of existing models.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
余如龙完成签到,获得积分10
刚刚
糯米小麻花完成签到,获得积分10
1秒前
坚定柳柳发布了新的文献求助10
1秒前
安紊完成签到,获得积分10
1秒前
韩莎发布了新的文献求助10
4秒前
withone完成签到,获得积分10
5秒前
5秒前
黎黎完成签到,获得积分10
5秒前
ellen完成签到,获得积分10
6秒前
好巧完成签到,获得积分10
6秒前
干秋白完成签到,获得积分10
6秒前
义气谷兰完成签到,获得积分10
8秒前
chris完成签到,获得积分10
8秒前
ntrip完成签到,获得积分0
8秒前
Rainbow完成签到,获得积分10
8秒前
Andy完成签到,获得积分0
9秒前
无花果应助坚定柳柳采纳,获得10
9秒前
洪山老狗完成签到,获得积分10
9秒前
yy32323完成签到,获得积分10
11秒前
哎呀完成签到 ,获得积分10
12秒前
xlh完成签到,获得积分10
12秒前
12秒前
甜美的鹭洋完成签到 ,获得积分10
13秒前
虚心的函完成签到,获得积分10
13秒前
明亮的电源完成签到 ,获得积分10
14秒前
大模型应助眼药水采纳,获得10
15秒前
吴烦恼发布了新的文献求助10
15秒前
15秒前
等待寄云完成签到 ,获得积分10
16秒前
耍酷的书本完成签到 ,获得积分10
16秒前
驴肉丸关注了科研通微信公众号
16秒前
16秒前
大力的图图应助曾小荣采纳,获得30
17秒前
17秒前
搜集达人应助11采纳,获得10
17秒前
蓝莓小蛋糕完成签到 ,获得积分10
19秒前
zero桥完成签到,获得积分10
21秒前
Akoasm完成签到,获得积分10
21秒前
21秒前
铁锤牛马版应助黎明采纳,获得260
21秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Essentials of Carbohydrate Chemistry and Biochemistry, 4th Edition 800
Navigating Normative Orders. Interdisciplinary Perspectives 800
1 Peter and Christ's Descent to the Dead in Its Early Christian Reception 700
Organizational Behavior 510
Management and the Arts 510
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 510
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7750111
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9297674
关于积分的说明 20242093
捐赠科研通 7331661
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3309515
关于科研通互助平台的介绍 2461118
邀请新用户注册赠送积分活动 2321857