Pronóstico de vida útil bajo ciclo de fatiga para acero cargado con hidrógeno HRB400 basado en CPFEM

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Ingeniería mecánica
• Ingeniería de la corrosión

Sus antecedentes:

• Los métodos tradicionales de predicción de la vida de fatiga son costosos y requieren una gran cantidad de datos.
• Existe una investigación limitada sobre la predicción de la fatiga del metal en entornos de hidrógeno utilizando la inhomogeneidad de la deformación.
• La fragilidad del hidrógeno tiene un impacto significativo en el rendimiento del material.

Objetivo del estudio:

• Investigar la influencia de la precarga de hidrógeno en el comportamiento de fatiga de bajo ciclo (LCF) del acero HRB400.
• Desarrollar un nuevo parámetro de indicador de fatiga (FIP) para predecir la vida del LCF en entornos de hidrógeno.
• Establecer la relación entre la vida de fatiga y la inhomogeneidad de la deformación a microescala.

Principales métodos:

• Pruebas experimentales de fatiga de las barras de acero laminado en caliente de grado 400 (HRB400).
• Simulaciones del método de elementos finitos para la plasticidad de los cristales (CPFEM).
• Desarrollo de un nuevo FIP que incorpora el índice de fragilidad del hidrógeno, el coeficiente de variación de la deformación axial y el coeficiente de tensión macroscópica.

Principales resultados:

• La carga de hidrógeno alteró la histeresis cíclica y redujo la vida del LCF.
• El nuevo FIP predijo con precisión la vida LCF del acero HRB400 cargado de hidrógeno con un factor de error de dos.
• El FIP tiene en cuenta efectivamente los efectos de carga de hidrógeno y los impactos de tensión en la deformación a microescala.

Conclusiones:

• La precarga de hidrógeno degrada significativamente la resistencia al flujo de flujo del acero HRB400.
• El FIP basado en CPFEM desarrollado ofrece un método fiable para predecir la vida de los LCF en entornos de hidrógeno.
• Este enfoque supera las limitaciones de los métodos tradicionales de predicción de la fatiga.