BCC晶体中韧位错运动特性的分子动力学模拟

采用镶嵌原子法 (EAM) ,采用沿 <111>方向插入两层 (2 11)半原子面的方法形成位错 ,模拟金属Mo中韧位错的运动特性 .模拟大于Peierls Nabarro应力时不同剪切力下的韧位错运动速度及相同剪切力下不同温度时韧位错运动速度 ,结果表明 :剪切力越大 ,韧位错运动速度越大 ;温度对韧位错运动有明显的阻碍作用 ,在相同剪切力下 ,随着温度的升高 ,韧位错运动速度减小 ,即拖动系数B(T)随温度升高而增大 .随剪应力增大 ,B(T)变化趋势减缓 .     

一维六方准晶压电材料含运动螺型位错弹性问题分析

借助复变函数方法,研究了点群6mm一维六方准晶压电材料中运动螺型位错,得到位错芯附近的应力、位移、能量的解析表达式。分析发现,在靠近运动螺型位错芯处,声子场和相位子场应力的分量表现出(x²+y²)^-1的奇异性。当不考虑相位子场的影响时,文中得到的结果可以退化为含运动螺型位错的压电材料中的结果;当不考虑电场的影响时,退化得到的结果与准晶材料中含运动的螺型位错一致;当v=0时,可还原为静态螺型位错的解析解。     

金属Mo中韧位错运动特性的分子动力学研究

通过分子动力学方法(MDM), 采用镶嵌原子势法(EAM), 沿[111]方向插入两层(211)半原 子面形成位错,模拟了低温不同冲击载荷下和相同载荷不同温度下金属Mo中韧位错的动力 学特性. 结果表明：在低温冲击载荷下,Mo中的韧位错可以由静止加速到超过波速. 随着 载荷的增加,在位错运动的[111]方向将会出现3个波速;在相同载荷不同温度下,位错的 速度随着温度的升高而减小,即影响位错速度的拖动系数$B(T)$随温度升高而增大. 随着冲 击载荷的增大,拖动系数随温度的变化趋势减缓,即外加载荷对B(T)也有影响.     

螺型位错偶极子与界面钝裂纹的干涉效应

研究了螺型位错偶极子与界面钝裂纹的干涉效应.应用保角变换技术,得到了复势函数与应力场的封闭解析解,讨论了位错偶极子方位、臂长及裂纹钝化程度对位错偶板子屏蔽效应和发射条件的影响.结果表明,与单个螺型位错不同,螺型位错偶极子与x轴夹角在一定范围内时才可以降低界面钝裂纹尖端的应力强度因子(屏蔽效应),屏蔽效应随偶板子臂长的增大而增强,随裂纹钝化程度的增大而增强,屏蔽区域也随裂纹钝化程度的增大而增大;位错偶极子发射所需的临界无穷远加载随偶极子臂长的增加而减小,随位错方位角及裂纹钝化程度的增加而增大;最可能的位错偶极子发射角度为0.螺型位错偶极子的发射比单个螺型位错的发射要困难.本文解答的特殊情况与相关文献给出的解答一致.     

位错偶极子和Ⅲ型界面裂纹的干涉效应

研究了多晶体材料中螺型位错偶极子和界面裂纹的弹性干涉作用.利用复变函数方法,得到了该问题复势函数的封闭形式解答.求出了由位错偶极子诱导的应力场和裂纹尖端应力强度应子,分析了偶极子的方向,偶臂和位置以及材料失配对应力强度因子的影响.推导了作用在螺型位错偶极子中心的像力和力偶矩,并讨论了界面裂纹几何条件和不同材料特征组合对位错偶极子平衡位置的影响规律.结果表明,裂纹尖端的螺型位错偶极子对应力强度因子会产生强烈的屏蔽或反屏蔽效应.同时,界面裂纹对螺型位错偶极子在材料中运动有很强的扰动作用.     

含界面效应纳米尺度圆环形涂层中螺型位错分析

研究了纳米尺度圆环形涂层(界面层)中螺型位错与圆形夹杂以及无限大基体材料的干涉效应.涂层与夹杂的界面和涂层与基体的界面均考虑界面应力效应.运用复势方法,获得了三个区域复势函数的解析解答.利用求得的应力场和Peach-Koehler公式,得到了作用在螺型位错上位错力的精确表达式.主要讨论了界面应力对涂层(界面层)中螺型位错运动和平衡稳定的影响规律.结果表明,界面应力对界面附近位错的运动有大的影响,由于界面应力的存在,可以改变涂层内位错与夹杂/基体干涉的引斥规律,并使位错在涂层内部产生三个稳定或非稳定的平衡点.考虑界面效应后,有一个额外的排斥力或吸引力作用在位错上,使原有的位错力增加或减小.     

激光冲击下CoCrFeMnNi高熵合金微观塑性变形的分子动力学模拟

激光冲击强化技术可以有效地提高材料的疲劳寿命, 被广泛应用于航空航天领域. CoCrFeMnNi高熵合金作为一种经典的高熵合金体系, 研究其激光冲击强化后的微观组织变化以及冲击动态响应对该材料未来在航空航天领域中的应用具有重要意义. 采用分子动力学方法, 对CoCrFeMnNi高熵合金进行了冲击模拟, 发现冲击时弹、塑性双波分离现象以及微结构演化具有明显的取向相关性. 沿[100]方向进行冲击时未出现双波分离结构, 并且塑性变形过程中会产生中间相; 而沿[110]与[111]方向冲击时产生了双波分离结构, 并且受冲击区域存在大量的层错以及无序结构, 高位错密度是产生无序结构的重要原因. 双波分离现象与可开动滑移系个数有关, 而沿不同取向冲击时的Hugoniot弹性极限和发生塑性变形的临界冲击速度与其可开动滑移系的Schmid因子大小有关. 此外, 冲击诱导了梯度位错结构的产生, 位错密度沿冲击深度先增加后减小, 在沿原子密排方向冲击时产生了更高的位错密度. 冲击之后在模型两侧存在残余压应力, 芯部为残余拉应力, 残余应力的大小具有明显的取向相关性. 最后, 与具有相同尺寸及取向的纯Ni进行对比, 发现CoCrFeMnNi高熵合金在冲击过程中由于晶格畸变效应产生了较纯Ni更多的无序结构.      

含非完整界面涂层夹杂中螺型位错的弹性分析

研究了含非完整界面圆形涂层夹杂内部一个螺型位错在夹杂、涂层与无限大基体材料中产生的弹性场.运用复变函数函数方法,获得了三个区域复势函数的解析解答.利用求得的应力场和Peach-Koehler公式,得到了作用在螺型位错上位错力的精确表达式.主要讨论了两个非完整界面对位错力的影响规律.结果表明,涂层界面对夹杂内部螺型位错的吸引力随着界面粘结强度的弱化而变大.界面非完整程度增加削弱材料弹性失配对位错力的影响.在一定条件下,非完整界面可以改变夹杂内位错与涂层/基体系统之间的引斥干涉规律,并使位错在夹杂内部产生一个稳定或非稳定的平衡点.     

单晶易滑移阶段位错结构形成的动力学分析

提出了偶极子的保守攀移机制，并建立了一个新的单滑移位错动力学模型，应用该模型揭示了单晶硬化Ⅰ阶段（易滑移阶段）一种平面列阵结构———地毯（ｃａｒｐｅｔｓ）结构的形成，与实验吻合．该模型的特点是计及了偶极子的滑移和攀移机制；正、负可动位错的滑移、攀移、交滑移引起的位错线的三维运动以及位错的增殖和反应．线性稳定性分析和非线性分叉分析表明：位错花样（ｐａｔ ｔｅｒｎ）的形成是初始统计均匀分布位错系统在外力驱使下远离平衡态后产生动力学失稳形成的一种稳定结构．研究还揭示了地毯结构形成导致宏观硬化减少，易滑移阶段出现的本质．     

增强相/夹杂内螺位错偶极子与含共焦钝裂纹椭圆夹杂的干涉效应

运用弹性力学的复势方法,研究了纵向剪切下增强相/夹杂内螺型位错偶极子与含共焦钝裂纹椭圆夹杂的干涉效应,得到了该问题复势函数的封闭形式解答,由此推导出了夹杂区域的应力场、作用在螺型位错偶极子中心的像力和像力偶矩以及裂纹尖端应力强度因子级数形式解。并分析了位错偶极子倾角 、钝裂纹尺寸和材料常数对位错像力、像力偶矩以及应力强度因子的影响。数值计算结果表明：位错像力、像力偶矩以及应力强度因子均随位错偶极子倾角做周期变化;夹杂内部的椭圆钝裂纹明显增强了硬基体对位错的排斥,减弱了软基体对位错的吸引,且对于硬夹杂,位错出现了一个不稳定平衡位置,该平衡位置随钝裂纹曲率的增大不断向界面靠近;变化 值将出现改变位错偶极子对应力强度因子作用方向的临界值。     

An atomistically-informed dislocation dynamics model for the plastic anisotropy and tension-compression asymmetry of BCC metals

Atomistic simulations have shown that a screw dislocation in body-centered cubic (BCC) metals has a complex non-planar atomic core structure. The configuration of this core controls their motion and is affected not only by the usual resolved shear stress on the dislocation, but also by non-driving stress components. Consequences of the latter are referred to as non-Schmid effects. These atomic and micro-scale effects are the reason slip characteristics in deforming single and polycrystalline BCC metals are extremely sensitive to the direction and sense of the applied load. In this paper, we develop a three-dimensional discrete dislocation dynamics (DD) simulation model to understand the relationship between individual dislocation glide behavior and macro-scale plastic slip behavior in single crystal BCC Ta. For the first time, it is shown that non-Schmid effects on screw dislocations of both {110} and {112} slip systems must be implemented into the DD models in order to predict the strong plastic anisotropy and tension-compression asymmetry experimentally observed in the stress-strain curves of single crystal Ta. Incorporation of fundamental atomistic information is critical for developing a physics-based, predictive meso-scale DD simulation tool that can connect length/time scales and investigate the underlying mechanisms governing the deformation of BCC metals.     

Peierls stress for （110） {001} mixed dislocation in SrTiO3 within framework of constrained path approximation

The core structure of （110）{001} mixed disloca- tion in perovskite SrTiO3 is investigated with the modified two-dimensional Peierls-Nabarro dislocation equation con- sidering the discreteness effect of crystals. The results show that the core structure of mixed dislocation is independent of the unstable energy in the （100） direction, but closely related to the unstable energy in the （110） direction which is the direction of total Burgers vector of mixed dislocation. Furthermore, the ratio of edge displacement to screw one nearly equals to the tangent of dislocation angle for differ- ent unstable energies in the （110） direction. Thus, the con- strained path approximation is effective for the （110）{001} mixed dislocation in SrTiO3 and two-dimensional equation can degenerate into one-dimensional equation that is only related to the dislocation angle. The Peierls stress for （110） {001 } dislocations can be expediently obtained with the one-dimensional equation and the predictive values for edge, mixed and screw dislocations are 0.17, 0.22 and 0.46 GPa, respectively.     

压头不同晶向下纳米压痕的多尺度研究

为了研究压头晶体各向异性对纳米压痕的影响,采用多尺度准连续介质(QC)法模拟了不同晶向Ni压头与Ag薄膜的纳米压痕过程。通过对比不同晶向下压头在薄膜上触发的原子滑移,发现压头的晶向引起的界面失配位错在很大程度上决定薄膜开启初始原子滑移系的难易。然后对比了压头在不同晶向下测得的薄膜纳米硬度,发现其计算值是一样的。最后研究压头表面和压痕表面的正应力和切应力的分布,分析了应力分布与原子滑移系的关系。     

纵向剪切下含共焦刚性核弹性椭圆夹杂中的螺型位错干涉

摘 要 研究了无穷远纵向剪切下无限大基体中含共焦刚性核弹性椭圆夹杂内任意位置螺型位错的干涉问题。运用复变函数保角映射、解析延拓等方法,获得了基体与夹杂区域的应力场的级数形式精确解,并得出了位错像力的解析表达式,导出了纵向剪切下两椭圆界面最大应力及其比值公式。分析结果表明：夹杂内部的刚性核对位错与夹杂的干涉产生明显的扰动效应,排斥硬夹杂内位错,并使之不断趋近弹性夹杂界面。对于软夹杂,夹杂中的位错存在稳定的平衡位置,当位错位于刚性核和平衡位置之间时,位错会趋于弹性夹杂界面;当位错位于平衡位置和弹性夹杂界面之间时,位错会离开界面。结果还显示,夹杂的长轴和短轴之比对位错与夹杂的干涉也有着不可忽视的影响,尤其当位错在刚性核附近时,随着夹杂的长、短轴比值的减小,核对位错的排斥力也明显减弱。本文解答包含了多个以往文献成果。     

压电螺型位错和共线界面刚性线夹杂的干涉效应

研究了压电材料中压电螺型位错和共线界面导电刚性线夹杂的电弹干涉效应．运用复变函数解析延拓技术与奇性主部分析方法,获得了该问题的一般解答．作为算例,求出了界面含一条刚性线夹杂时两种压电介质区域广义应力函数的封闭形式解．导出了作用在位错上的像力和刚性线夹杂表面剪应力和电位移的解析表达式．讨论了界面刚性线长度,两种材料的剪切模量比和压电系数比对位错力和刚性线表面剪应力的影响规律．为进一步研究该类问题提供了一个基本解。     

ELASTODYNAMIC ANALYSIS OF A FUNCTIONALLY GRADED HALF-PLANE WITH MULTIPLE SUB-SURFACE CRACKS

The stress fields are obtained for a functionally graded half-plane containing a Volterra screw dislocation.The elastic shear modulus of the medium is considered to vary exponentially.The dislocation s...     

INTERACTION OF A DISLOCATION DIPOLE WITH A MODE III INTERFACE CRACK

Interaction between a screw dislocation dipole and a mode III interface crack is investigated. By using the complex variable method, the closed form solutions for complex potentials are obtained when a screw dislocation dipole lies inside a medium. The stress fields and the stress intensity factors at the tip of the interface crack produced by the screw dislocation dipole are given. The influence of the orientation, the dipole arm and the location of the screw dislocation dipole as well as the material mismatch on the stress intensity factors is discussed. The image force and the image torque acting on the screw dislocation dipole center are also calculated. The mechanical equilibrium position of the screw dislocation dipole is examined for various material property combinations and crack geometries. The results indicate that the shielding or anti-shielding effect on the stress intensity factor increases abruptly when the dislocation dipole approaches the tip of the crack. Additionally, the disturbation of the interface crack on the motion of the dislocation dipole is also significant.     

INTERACTION OF A DISLOCATION DIPOLE WITH A MODE Ⅲ INTERFACE CRACK

Interaction between a screw dislocation dipole and a mode Ⅲ interface crack is investigated. By using the complex variable method, the closed form solutions for complex potentials are obtained when a screw dislocation dipole lies inside a medium. The stress fields and the stress intensity factors at the tip of the interface crack produced by the screw dislocation dipole are given. The influence of the orientation, the dipole arm and the location of the screw dislocation dipole as well as the material mismatch on the stress intensity factors is discussed. zThe image force and the image torque acting on the screw dislocation dipole center are also calculated. The mechanical equilibrium position of the screw dislocation dipole is examined for various material property combinations and crack geometries. The results indicate that the shielding or anti-shielding effect on the stress intensity factor increases abruptly when the dislocation dipole approaches the tip of the crack. Additionally, the disturbation of the interface crack on the motion of the dislocation dipole is also significant.