Flerfaeltsmodellering av hydridbildande metaller
- Diarienummer
- SM11-0037
- Start- och slutdatum
- 120101-141231
- Beviljat belopp
- 1 127 220 kr
- Förvaltande organisation
- Quantum Technologies AB
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Projektet syftar till att utvidga och sprida beräkningsmetoder, vilka utvecklats av Quantum Technologies (QT) för modellering av vätetransport, väteinducerad deformation och brott i hydridbildande metaller. Modelleringen baseras på en kontinuummekanisk beskrivning av tvåfasmaterialet (metal+hydrid), i vilken de styrande och starkt kopplade partiella differentialekvationerna, omfattande flera fältvariabler, löses med hjälp av tredimensionella finitelementmetoder. De av QT utvecklade beräkningsmetoderna är idag begränsade till specifika tillämpningar (Zr-legeringar använda i reaktorhärdmiljö). Vi anser att modellernas användningsområde kan utvidgas avsevärt, och därmed bli av mer allmänt intresse. Vi föreslår därför att: - generalisera beräkningsmodellerna till att omfatta även Ti-legeringar - utvidga deras användningsområde till annat än kärnkraftstillämpningar - verifiera och utvärdera modellerna mot i öppen litteratur tillgängliga experiment och mätdata - sprida beräkningsmetoderna till industri och forskarvärlden Forskningen kommer att bedrivas inom ramen för en deltidstjänst vid avdelningen för Materialteknik och Tillämpad Matematik, Malmö Högskola (MAH), där beräkningsinriktad forskning bedrivs om hydridbildande metaller. Avsevärda synergier förväntas mellan det föreslagna projektet och pågående projekt vid avdelningen.
Populärvetenskaplig beskrivning
Väte upptas och transporteras i metaller genom diffusion, där transportriktningen styrs av materialets temperatur- och spänningsfördelning. Vid höga vätehalter kan spröda partiklar av metallhydrid fällas ut, vilket kan resultera i att materialet förlorar mycket av sin ursprungliga styrka och seghet. Denna försprödningsmekanism är av stor praktisk betydelse för legeringar av titan och zirkonium, vilka används inom flyg- respektive kärntekniska tillämpningar. I praktiska tillämpningar är denna försprödningsmekanism synnerligen svår att analysera med beräkningsmodeller, då ett flertal samtidiga och starkt växelverkande fenomen måste beaktas och modelleras: - Vätediffusion styrd av materialets temperatur- och spänningsfördelning - Fasomvandling, det vill säga kemisk omvandling från metall till metallhydrid och omvänt - Orientering av utfällda metallhydridpartiklar med avseende på belastningsriktning - Anisotrop och heterogen expansion av materialet på grund av både löst väte och metallhydridpartiklar - Brott av det spröda materialet Forskningen i detta projekt syftar till att utveckla generella beräkningmetoder för ovan beskrivna fenomen i titan- och zirkoniumlegeringar, lämpade för ingenjörsmässiga konstruktions- och säkerhetsanalyser. Metoderna baseras på en kontinuummekanisk beskrivning av det hydrerade materialet, och avancerade finitelementmetoder används för att lösa de partiella differentialekvationer som styr ovan nämnda fenomen. Ett särdrag hos dessa ekvationer är att de omfattar ett flertal fältvariabler, såsom temperatur, vätekoncentration och mekanisk spänning. Detta så kallade multifält- eller multifysikproblem kräver speciella lösningsmetoder, vilka utvecklas inom detta projekt.