Interazione idrogeno – materiali metallici: fenomenologia e modellazione

DESCRIZIONE DEL CORSO

Il corso si inserisce all’interno della meccanica dei materiali, intendendo, in particolare, illustrare le complesse interazioni tra l’idrogeno ed i materiali metallici (diffusione, infragilimento)

OBIETTIVI DEL CORSO

Il corso si propone di formare tecnici operanti nella filiera che vede l’impiego dell’idrogeno come vettore energetico, operando nelle sue diverse fasi di produzione, immagazzinamento e distribuzione.
In tutte queste fasi, è di fondamentale importanza la scelta dei materiali e la comprensione, modellazione e previsione del loro comportamento, nel tempo, in presenza di idrogeno gassoso.
Il corso si propone di fornire una panoramica di competenze di base sulla interazione idrogeno-materiali metallici e sugli strumenti di modellazione e previsione.

DESTINATARI DEL CORSO

Ingegneri operanti nel campo della progettazione e gestione di manufatti potenzialmente in presenza di idrogeno. Ingegneri e tecnici interessati all’intera filiera dell’idrogeno come vettore energetico.

PREREQUISITI

Competenze relative al comportamento meccanico dei materiali metallici ed alle loro proprietà di base.

COMPETENZE CHE SI ACQUISISCONO

I partecipanti al corso acquisiranno competenze relativa ai fenomeni che governano l’interazione tra idrogeno e materiali metallici e sugli strumenti matematici e numerici (FEM) utilizzabili per la loro modellazione.

PROGRAMMA

• Generalità, cenni storici e rilevanza moderna del fenomeno
• Diffusione e solubilità dell’Idrogeno nei metalli
• Concetto di trappole reversibili ed irreversibili
• Concetto di idrogeno diffusibile e totale
• Tecniche di misura dell’idrogeno
• Meccanismi di base del danneggiamento da idrogeno: attacco, blistering, infragilimento
• Infragilimento dall’interno e dall’esterno dei materiali: il ruolo dell’idrogeno nella Stress Corrosion Cracking
• Effetti combinati di stress-microstruttura-idrogeno nella frattura delle leghe metalliche
• Principali test meccanici per la valutazione dell’infragilimento da idrogeno
• Cenni sui meccanismi di danneggiamento per fatica in presenza di idrogeno
• Rimedi, suggerimenti tecnici e scelta dei materiali per minimizzare i rischi di danneggiamento da idrogeno
• Modelli matematici per la rappresentazione del processo di diffusione dell’idrogeno: prima e seconda legge di Fick
• Soluzioni delle equazioni di Fick in alcuni casi notevoli, sia in regime stazionario che transitorio
• Presenza di trappole
• Rappresentazione matematica delle trappole
• Modello semplificato di Oriani e relativa soluzione
• Modello di MacNabb e Foster e relative equazioni differenziali
• Formulazione dell’algoritmo di soluzione del problema generale della diffusione con trappole tramite Finite Difference Method
• Problemi di stabilità e convergenza della soluzione nel caso stazionario e transitorio
• Formulazione del problema della diffusione con il Finite Element Method
• Modellazione di strutture con elementi “multifield”
• Esempi applicativi basati sul codice ANSYS