简谈塑性位错非均匀形核及与晶界作用

论文导读：随着d的增加而增加。拉伸和压缩作用下，晶界的屈服体现为晶界与自由表面位错形核与位错扩展，剪切作用下，屈服体现为晶界沿垂直剪切方向的运动。最后将基于缺陷能的梯度塑性论述进行了有限元实现，针对四边形晶粒和六边形晶粒，系统探讨了单向拉伸载荷作用下多晶薄膜的塑性硬化不足。在模拟中，晶界被处理为不可穿透晶界，揭示了滑
摘要：微纳米尺度下，晶体材料体现出优良的力学性能（如高强度和高韧性）越来越受到关注。该尺度下晶体材料的缺陷主要包括位错与晶界，完美晶体内的位错的形核决定了材料的屈服性质，位错与晶界的相互作用影响着材料的塑性强化。本论文以位错形核及与晶界的相互作用为主要探讨内容开展了如下工作。基于原子势的连续化策略，探讨了晶体片的位错非均匀形核不足。采取Cauchy-Born准则描述其变形，推导了本构联系，得到了基于稳定性的位错非均匀形核准则。探讨了六边形晶格结构的晶体片拉伸作用下的位错非均匀形核不足。通过应力-应变曲线和应变-准则曲线，预测了二维晶体片的位错形核应力和形核位置，结果表明晶体片的手性对位错形核应力具有周期性影响。采取分子动力学策略探讨了剪切作用下Cu（100）扭转晶界的强化机制不足，得到了剪切强度的临界角度，当扭转角度大于临界角度时，剪切强度随着扭转角度的增加而减小，屈服形式体现为晶界的滑动；当扭转角度小于临界角度时，剪切强度随着扭转角度的增加而增加，屈服形式体现为晶界处的位错形核与扩展。进一步探讨了Cu（111）扭转晶界的强化机制，得到了扭转晶界有着拉伸和压缩强度的不对称性，拉伸屈服形式为偏位错的形核与扩展，偏位错相遇会形成新的偏位错形核；压缩屈服体现为位错环的发射，位错环相遇形成位错的交截；剪切屈服体现为位错切过晶界导致扭转晶界的增殖。阐述了孪晶界的层间距与屈服强度之间的联系，模拟结果表明对于剪切强度和压缩强度有着临界间距d大约为1nm，当d大于1nm时，压缩和剪切强度随着d的增加而减小，当d小于1nm时，压缩和剪切强度随着d的增加而增加。拉伸和压缩作用下，晶界的屈服体现为晶界与自由表面位错形核与位错扩展，剪切作用下，屈服体现为晶界沿垂直剪切方向的运动。最后将基于缺陷能的梯度塑性论述进行了有限元实现，针对四边形晶粒和六边形晶粒，系统探讨了单向拉伸载荷作用下多晶薄膜的塑性硬化不足。在模拟中，晶界被处理为不可穿透晶界，揭示了滑移系对薄膜硬化特性影响的机制，给出了位错以自由表面逃逸导致薄膜软化，位错在晶界处的塞积作用导致了薄膜硬化，同时得到了晶界密度与薄膜屈服应力、硬化率的近似满足线性联系。关键词：位错非均匀形核论文扭转晶界论文孪晶界论文晶体塑性论文位错密度论文
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Abstract5-10
第1章 引言10-26

1.1 探讨背景10-12

1.2 探讨概况12-24

1.2.1 位错形核探讨12-16

1.2.2 位错与晶界作用探讨16-20

1.2.3 晶界处位错形核与扩展探讨20-24

1.3 探讨作用与内容24-26

1.3.1 探讨作用24

1.3.2 探讨内容24-26

第2章 微纳米尺度数值模拟策略26-36

2.1 本章引论26

2.2 基于原子势的探讨策略26-30

2.1 基于原子势的本构联系27-29

2.2 计算流程29-30

2.3 分子动力学探讨策略30-32

2.3.1 基本方程30-31

2.3.2 原子势31-32

2.4 基于缺陷能的梯度塑性论述32-35

2.4.1 几何必需位错33-34

2.4.2 缺陷能塑性硬化34-35

2.5 本章小结35-36

第3章 位错非均匀形核探讨36-52

3.1 本章引论36-37

3.2 非均匀形核准则37-41

3.

2.1 变形描述37-38

3.

2.2 内部自由度和应力表达38-39

3.

2.3 非均匀位错形核准则39-41

3.

2.4 计算流程41

3.3 计算和讨论41-49

3.1 计算模拟41-42

3.2 结果讨论42-49

3.4 分子动力学验证49-51

3.5 本章小结51-52

第4章 几种典型晶界与位错作用探讨52-80

4.1 本章引论52-53

4.2 晶界模型53-58

4.

2.1 原子间作用势与晶界能比较53-57

4.

2.2 乱序原子的可视化57-58

4.3 Cu（100）扭转晶界58-62
4.

3.1 模型描述58

4.

3.2 计算历程与计算结果58-62

4.

3.3 结果讨论62

4.4 Cu（111）扭转晶界62-70

4.1 模型描述62-64

4.2 计算历程与计算结果64-69

4.3 结果讨论69-70

4.5 孪晶界70-78

4.5.1 模型描述71-73

4.5.2 计算历程与计算结果73-78

4.6 本章小结78-80

第5章 晶界处位错形核与扩展的连续模型80-108

5.1 本章引论80-81

5.2 论述模型81-86

5.

2.1 晶体塑性论述81

5.

2.2 塑性变形中的缺陷能81-82

5.

2.3 含缺陷能的虚功形式及平衡方程82-84

5.

2.4 有限元离散与计算流程84-86

5.3 模型验证86-88

5.4 计算模型88-90

5.5 数值模拟90-106

5.1 单晶粒拉伸模拟90-92

5.2 矩形薄膜拉伸模拟92-96

5.3 六边形晶粒薄膜模拟96-100

5.4 均匀分布滑移系对薄膜硬化的影响100-102

5.5 非均匀分布滑移系对薄膜硬化的影响102-106

5.6 本章小结106-108

第6章 结论和展望108-111

6.1 结论和革新点108-109

6.2 工作展望109-111

参考文献111-123
致谢123-125
个人简历、在学期间发表的学术论文与探讨成果125