Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Моделирование взаимодействия гибких скользящих дислокаций с дислокационными стенками

Диссертация: Моделирование взаимодействия гибких скользящих дислокаций с дислокационными стенками
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Проведен сравнительный анализ приближений и методов расчета дислокационных взаимодействий, на основании которого установлено, что процессы парного взаимодействия^ дислокаций физически корректно могут быть исследованы с использованием^ I приближения линейного натяженияпри строгом учете тонкой структуры полей внутренних напряжений, проведено моделирование физического процесса взаимодействия… Читать ещё >

Содержание

  • ГЛАВА 1. ОБЗОР СОСТОЯНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СКОЛЬЗЯЩИХ ДИСЛОКАЦИЙ С ДИСЛОКАЦИОННЫМИ СТЕНКАМИ
    • 1. 1. Парное взаимодействие дислокаций
    • 1. 2. Дислокационные стенки и их классификация
    • 1. 3. Стенки из краевых дислокаций.'
    • 1. 4. Стенки из винтовых дислокаций
    • 1. 5. Взаимодействие единичных дислокаций с краевой стенкой
    • 1. 6. Взаимодействие единичных. дислокаций с винтовой стенкой
  • ГЛАВА 2. МОДЕЛИ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ДИСЛОКАЦИЙ
    • 2. 1. Общие положения
    • 2. 2. Асимптотика полей внутренних напряжений криволинейного дислокационного сегмента в сингулярной области
    • 2. 3. Методы расчета и регуляризации полей внутренних напряжений в окрестности сингулярной области
  • ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПАРНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПЕРЕСЕКАЮЩИХСЯ ДИСЛОКАЦИЙ
    • 3. 1. Краевые условия в задачах парного дислокационного взаимодействия
    • 3. 2. Методические особенности и параметры моделирования
    • 3. 3. Моделирование парного взаимодействия гибких отталкивающихся дислокаций
    • 3. 4. Моделирование парного взаимодействия гибких притягивающихся дислокаций
  • ГЛАВА 4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ И ПРОХОЖДЕНИЯ СКОЛЬЗЯЩИХ ДИСЛОКАЦИЙ ЧЕРЕЗ ДИСЛОКАЦИОННЫЕ СТЕНКИ
    • 4. 1. Методические особенности и параметры моделирования
    • 4. 2. Моделирование отталкивающегося взаимодействия скользящей дислокации с дислокационной стенкой
    • 4. 3. Моделирование притягивающегося взаимодействия скользящей дислокации с дислокационной стенкой

Моделирование взаимодействия гибких скользящих дислокаций с дислокационными стенками (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Общеизвестно, что пластические свойства кристаллических материалов непосредственно обусловлены движением дислокаций. Поэтому в современной теории пластичности важное место занимает изучение движения дислокаций и факторов, влияющих на характер протекания этого процесса. Отсюда также следует, что сопротивление движению дислокаций в значительной мере должно определять механические свойства кристаллов-и деформационное упрочнение в частности.

Взаимодействие дислокаций двигающихся в пересекающихся системах I скольжения является одной из главных форм их взаимодействия при, пластической деформации. Поэтому теоретическое изучение подобных дислокационных взаимодействий с точки зрения физической теории пластичности представляет первостепенный интерес. К сожалению, высокая сложность в проведении адекватного как экспериментального, так и теоретического анализа данного вопроса, все еще оставляет недостаточно исследованными большое число нерешенных проблем, а в тех случаях, когда подобный анализ предпринимался, использовались существенные упрощающие предположения, в значительной степени отдаляющие рассматриваемые модели от реальной ситуации в кристаллах и снижающие ценность полученных результатов. Таким образом, построение адекватных физических моделей, методов анализа их всестороннее обоснование и моделирование на их основе физических процессов взаимодействия пересекающихся дислокаций и их скоплений представляет собой актуальную задачу теории прочности и пластичности.

Настоящая работа посвящена разработке моделей, методов исследования и моделирования физических процессов взаимодействия скользящих дислокаций с дислокационными стенками применительно к кристаллам с ГЦК структурой. Выбор структуры, обусловлен, прежде всего, ее широкой практической значимостью, а также наличием ряда экспериментальных данных.

Целями диссертационной работы являлись:

— построение физических моделей и методик моделирования процессов взаимодействия пересекающихся дислокаций и их образований;

— исследование средствами моделирования физических процессов взаимодействия пересекающихся дислокаций и их образований применительно к ГЦК кристаллам.

Научная новизна работы состоит в следующем:

— разработана физическая модель и методика моделирования применительно к ГЦК кристаллам процессов взаимодействия пересекающихся дислокаций и их образований при точном воспроизведении пространственно-геометрическихособенностей и с учетом тонкой структуры полей внутренних напряжений;

— при строгом учете тонкой структуры полей внутренних напряжений, проведено детальное исследование физического процесса взаимодействия гибких скользящих дислокаций с единичными дислокациями, расположенными в пересекающихся системах скольжения, получены основные физические характеристики процессов и проведен анализ их зависимости от пространственно-геометрических и физических параметров системы;

— установлено, что процесс взаимодействия пересекающихся дислокаций характеризуется стадийностью, при этом пересечение дислокаций происходит в динамическом режиме, что связано с переходом системы взаимодействующих дислокаций из устойчивого состояния в неустойчивое в результате достижения критических значений локализованной кривизны дислокационных конфигураций;

— проведен сравнительный анализ приближений и методов расчета дислокационных взаимодействий, на основании которого установлено, что процессы парного взаимодействия^ дислокаций физически корректно могут быть исследованы с использованием^ I приближения линейного натяженияпри строгом учете тонкой структуры полей внутренних напряжений, проведено моделирование физического процесса взаимодействия скользящих дислокаций с дислокационными стенками, всесторонне исследованы основные характеристики^ процесса и их зависимости от уровня внешнего напряжения, пространственно-геометрических и физических параметров системы;

Теоретическая и практическая ценность работы состоят в том, что развитые в работе методы моделирования физических процессов взаимодействия пересекающихся дислокаций позволяют точно учитывать пространственно-геометрические характеристики системы, тонкую структуру полей внутренних напряжений и адекватно воспроизводить гибкие свойства дислокаций. Практическая ценность работы заключается также в том, что полученные в ней результаты и развитые методы могут быть использованы для количественного анализа широкого круга вопросов физических процессов прочности и пластичности и стимулируют постановку и проведение новых вычислительных и экспериментальных исследований.

Достоверность результатов работы обусловлена корректной постановкой задачи, применением математически обоснованных методов, ее решения, сравнением результатов с известными теоретическими и экспериментальными данными.

На защиту выносятся следующие положения:

— методика моделирования физических процессов взаимодействия пересекающихся дислокаций и дислокационных образований;

— результаты, исследования физических процессов парного взаимодействияпересекающихся дислокаций применительно-к ГЦК кристаллам;

— результаты моделирования^ физических процессов взаимодействия гибких скользящих дислокаций с дислокационными стенками*.

Апробациярезультатов. Результаты диссертационной работы* докладывались на конференциях:

1. Региональных научно-технических конференциях «Наукоемкие технологии в приборои машиностроении и развитие инновационной деятельности в вузе» (МГТУ им. Н. Э. Баумана, Москва, 2008, 2009; 2010);

2. Всероссийских научно-технических конференциях «Наукоёмкие технологии, в приборои машиностроении и развитие инновационной деятельности в вузе» (МГТУ им. Н. Э. Баумана, Москва 2008, 2009,2010).

Публикации. Основные результаты, представленныев диссертации, опубликованы в 8 изданиях, в том числе в 1 журнале из Перечня ВАК РФ.

Личный вклад автора: с участием автора проведен анализ методов расчета и регуляризации полей внутренних напряжений криволинейного дислокационного сегмента в окрестности* сингулярной областиразработана методика анализа и построения эволюционных изменений конфигураций-взаимодействующих дислокаций с учетом сопротивления их движению со стороны кристаллической решеткипоказано, что корректный анализ влияния сил трения должен проводиться на основании учета подвижности граничных условий для краевых задач нахождения эволюционирующих дислокационных конфигурацийустановлены три стадии физического процесса взаимодействия дислокаций и их прохождения друг через другапроведено моделирование физических процессов взаимодействия скользящих дислокаций с дислокационными стенкамивыполнен анализ всех результатов моделирования, сформулированы положения, выносимые на защиту.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и списка цитируемой литературы. Работа изложена на 164 страницах текста, содержит 42 рисунка, 2 таблицы и 116 наименований цитируемой литературы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1. Проведен анализ методов расчета и регуляризации полей внутренних напряжений криволинейного дислокационного сегмента в окрестности сингулярной области. Исследованы возможные причины и источники ошибок при вычислении интегралов дислокационного взаимодействия и самодействия. Получены компактные аналитические выраженияи их асимптотики для вычисления полей внутренних напряжений в сингулярной области и определены условия, при которых точный расчет самодействия, может быть аппроксимирован приближением. линейного натяжения.

2. Разработана методика анализа и построения эволюционных изменений конфигураций взаимодействующих дислокаций с учетом сопротивления их движению со стороны кристаллической решетки. ' Показано, что используемая" в литературе перенормировка внешнего напряжения за счет сил трения может приводить к неверным результатам, корректный анализ влияния сил трения должен проводиться на основании учета подвижности граничных условий* для краевых задач нахождения эволюционирующих дислокационных конфигураций.

3. Впервые, при строгом учете тонкой, структуры полей внутренних напряжений применительно к ГЦК кристаллам проведено физическое • исследование парного взаимодействия пересекающихся дислокаций. Установлено, что физический процесс взаимодействия' дислокаций и их прохождения друг через друга происходит в три стадии: постепенное искривление дислокаций, завершающееся потерей устойчивости системыдинамическая стадия совместного движения и последующего пересечения дислокацийстадия релаксационного формоизменения дислокаций по мере их расхождения. Показано, что анализ парного взаимодействия дислокаций с использованием приближения линейного натяжения правильно описывает качественные особенности данного физического процесса, при этом относительная ошибка расхождения с результатами, полученными на основании строгого учета самодействия не превышает 5%.

4. Впервые, применительно с ГЦК кристаллам, при строгом учете тонкой структуры полей внутренних напряжений, проведено моделирование физических процессов взаимодействия скользящих дислокаций с дислокационными стенками. Установлено, что в случае, когда дислокационные стенки оказывают отталкивающее действие на скользящую дислокацию, возможно существование только неустойчивых равновесных конфигураций скользящих дислокаций, которая преодолевает дислокационную стенку в динамическом режиме, как только внешнее напряжение достигнет уровня нескомпенсированного дальнодействующего напряжения. В тех случаях, когда дислокационные стенки оказывают на скользящую дислокацию притягивающее действие, вблизи стенки возможно существование четырех равновесных конфигураций скользящей дислокации^ i из которых только две являются устойчивыми.

5. Установлено, что применяемый в литературе подход, связанный-с-, расчетом деформационного упрочнения дислокационной стенки на основании критического параметра сближения является физически5 некорректным, поскольку определяющими факторами являются конфигурационные условия взаимодействующих дислокаций, при которых реализуется потеря устойчивости и переход к динамическому режиму пересечения дислокаций.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Дж., Лоте И. Теория дислокаций. М.: Атомиздат, 1972. 599 с.
  2. Competing plastic deformation mechanisms in nanophase metals / H.V. Van Swygenhoven et al. // Phys. Rev. B. 1999. V.60, № 1. P. 22−27.
  3. А.А., Зиненкова Г.М, Бушуева Г. В. Физика кристаллов с дефектами. М.: МГУ, 1986. 239 с.
  4. Yacotouer S. Screw dislocation propagation in elastic solid // Trans, of the ASME. Series E. Journal of applied mechanics. 1978. V.45. P. 827−841.
  5. Kies J.A., Smith H.L. Straight dislocation interaction investigation // Proceedings of the American Society for Testing and Materials. 1969. V.68. P. 640−657.
  6. A.A., Бушуева Г. В., Вронская T.B. Исследование особенностей сил взаимодействия скрещивающихся дислокаций произвольной ориентации // Изв. АН СССР, сер. Физическая. 1968. Т.32,.' № 7. С. 1232−1238.
  7. Freinfael I.G., Silsdorf G.F. Plastic deformation of copper single crystals through dislocation interaction calculation // J.Appl. Phys., B. 1971. V.54, № 5. P. 829−841.
  8. Г. В., Полисар Л. М., Предводителев A.A. Анализ процессов-взаимодействия гибких дислокаций в пересекающихся плоскостях скольжения (случай притяжения) // Кристаллография. 1976. Т.21, № 5. С. 985−990.
  9. Г. В., Полисар Л. М., Предводителев^ А.А. Моделирование прохождения гибких скользящих дислокаций через плоские дислокационные скопления // Кристаллография. 1978. Т.23, № 3. С. 453−460.
  10. Г. В., Полисар Л. М., Предводителев А. А. Взаимодействие гибких отталкивающихся дислокаций в пересекающихся плоскостяхскольжения // Кристаллография. 1979. Т.24, № 4. С. 699−705.
  11. Mattheck С, Morawietz P., Munz D. Calculation of dislocation equilibrium forms in stress the internal field produced by uncollinear dislocations // Engineering fracture mechanics. 1985. V.22, № 4. P. 645−650.
  12. Г. Ф., Перевезенцев B.H. Модель аккомодационного зарождения оборванной субграницы с границы зерна // Письма в ЖЭТФ. 2007. Т. ЗЗ- № 9. С. 87−94.
  13. . Дислокации. М.: Мир, 1967. 644 с.
  14. Рыбин В: В. Большие пластические деформации и разрушение металлов. М.: Металлургия. 1986. 224 с.
  15. Владимиров1 В.И., Романов А. Е. Дисклинация в кристаллах. Л: Наука, 1986. 224 с.
  16. Р. Пластическая деформация металлов. М: Мир, 1972. 408 с.
  17. B.JI. Пластичность и разрушение. М.: Металлургия, 1977. 337 с.
  18. В.Е., Лихачев В. А., Гриняев Ю. В. Структурные уровни: деформации твердых тел. Новосибирск: Наука, 1985. 229 с.
  19. The direct observation of cooperative grain-boundary sliding and- migration' -during superplastic deformation of lead-tin eutectic in shear / M.G. Zelin et al. // J. Appll Phys. 1993. V.74. P. 494−499.
  20. Morral J.E., Ashby M.F. Dislocated4 cellular structures // Acta metall. 1974. V.22, № 5. p. 567−575.
  21. Microstructures and characteristics of nanosize crystalline silicon films / L.C. Wang, D. Feng, Q. Li et al. // J. Phys.: Condens. Matter. 1992. V.4, № 40. P. L509-L512.
  22. Matthews J.W., Blakeslee A.E. Defects in. epitaxial multilayers & Misfit dislocations // J. Cryst. Growth. 1974. V.27, № 1. P. 118−125.
  23. Matthews J.W., Blakeslee A.E. Defects in epitaxial multilayers & Dislocation pileups, threading dislocations and slip lines // J.Cryst. Growth. 1975. V.29, № 2. P. 273−280.
  24. Matthews J.W., Blakeslee A.E. Defects in epitaxial multilayers & Preparation of almost perfect multilayers // J. Cryst. Growth. 1976. V.32, № 2. P. 265−273.
  25. Observation and measurement of grain rotation and plastic strain in nanostructured metal / M. Ke et al. // Nanostruct. Maters. 1995. V.5- № 6. P. 689−697.
  26. Li J.C.M1., Chou Y.T. The role of dislocations in the flow stress grain size relationships // Metall. Trans. 1970. V. l, № 5. P: 1145−1159.
  27. Armstrong R.W. The influence of polycrystal grain size on several-mechanical' properties of materials // Metall. Trans. 1970. V. l, № 5. P. 1169−1176.
  28. Lasalmonie A., Strudel J.L. Influence of grain size on the mechanical, behaviour of some high* strength materials // J. Mater. Sci. 1986. V.21, № 6. P. 1837−1852.
  29. Hayashi K., Etoh H. Pressure sintering iron, cobalt, nickel and copper ultrafine powders and the crystal grain size and hardness of the compacts-' // Mater. Trans. Jpn. Inst. Metals. 1989. V.30, № 11. P. 925−931.
  30. Microhardness and elastic properties of nanocrystalline silver / N.P. Kobelev, Ya.M. Soifer, R.A. Andrievski et al. // Nanostruct: Maters. 1993. V.2, № 5. P. 537−544.
  31. Qin X.Y., Wu X.J., Zhang L.D.' The microhardness of nanocrystalline silver //Nanostruct. Maters. 1995. V.5, № 1. P. 101−110.
  32. Grain size effects in. nanocrystalline materials / C. Suryanarayana et al. //J. Mater. Res. 1992. V.7, № 8. P. 2114−2118.
  33. A simple, mixtures-based model for the grain size dependence of strength in nanophase metals / J.E. Carsley et al. // Nanostruct. Maters. 1995. V.5, № 4. P. 441−448.
  34. Saada G., Bouchaud E. Dislocation Walls // Acta. Metall. Mater. 1993. V.41, № 7. P. 2173−2178.
  35. Surh M., Wolfer W.G. Dislocation walls in finite media: the case of aninfinite slab-//Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 2001. V.683E. P. 654−672.
  36. Chiu Y.P. On the stress field due to initial strains in cuboid surrounded by an infinite elastic space // J. Appl. Mech., 1977. V.44, № 4. P. 587−590.
  37. Gratias Di, Thalal A. Hidden symmetries- in general grain boundaries
  38. II Philos. Mag. Lett- 1988. V.57, № 2. P: 63−68- 40: Lothe J., Indenbom V.L., Chamrov V. A}. Elastic, fieldsi of dislocations: emerging at the free surface of an anisotropic half-space // Phys. stat.sol. (b),. 1982. V. Ill, № 2. P. 671−677.
  39. Hecker M., Romanov A.E. The stress fields of edge dislocations near wedge-shaped boundaries and bonded wedges // Mater. Sci. Eng- A. 1993. V.164, № 2. P. 411−414.
  40. Gutkin M.Yu., Romanov A.E., Aifantis: E.C. Screw dislocation near a triple junction of phases with different elastic moduli. I. General solution // Phys. stat. sol. (a). 1996. V.153, № 1. P. 65−75.
  41. Gutkin M.Yu., Romanov A.E., Aifantis E.C. Elastic behaviour of screw dislocations near triple junctions of interphase boundaries: // Mater. Sci. Forum. 1996. V.209, № 2. P. 605−608.
  42. Eshelby J.D. Boundary problems II Dislocations in Solids. 1979. V.l. P. 167−221.47
Заполнить форму текущей работой

На отлично!