线刃型位错光束在生物组织中的光学奇异性

采用推导在生物组织传输中的线刃型位错高斯谢尔模型光束的交叉谱密度函数,研究了不同线刃型位错斜率p、离轴距离d对光束奇异性的影响,讨论了归一化光强和相位随传输距离L的演变规律。研究表明,传输中,光束光强分布轮廓由非轴对称分布的中心凹陷逐渐演变为中心凹陷消失,最终呈现类椭圆高斯分布。线刃型位错离轴距离d值越大,源平面处两峰值光强差别越大,中心凹陷越不明显且偏离(0,0)越大,传输中的光强演化越快。同时,随着d值增大,传输中相干涡旋的演化由出现两次湮灭现象变为一次;当离轴距离d较小时,d值越大,发生第一次湮灭越晚,相干涡旋对再次出现越早;相干涡旋对位置的连线沿顺时针方向旋转,p越大,旋转越快;d值越大,p值越小,相干涡旋最终湮灭越早。

一种基于面向对象模拟刃型位错运动图象及应力场的方法

位错是晶体中的一种线型缺陷,它在晶体中普遍存在,不仅影响着晶体的力学强度,而且对固体的许多物理性质均有重要影响.为了能形象地理解位错的基本性质,本文以刃型位错作为研究算例,通过编写Visual C++程序,成功地实现了对刃型位错原子动态图象及其应力场分量的计算机模拟,并详细阐述了程序设计原理和实现方法.本文的编程思想和通过定性及定量分析得出的结论对深入研究位错的特性提供了很好的参考思路.

部分相干圆刃型位错光束在生物组织中的动态演化

以广义惠更斯-菲涅耳原理为基础,利用推导的部分相干圆刃型位错光束在小鼠真皮组织传输中的交叉谱密度函数解析表达式,研究了光束初始参量(光束波长λ和圆刃型位错数目n)和传输距离z对光束归一化光强分布、相位演化和传输轨迹的影响。结果表明,位错数为n的部分相干圆刃型位错光束,源平面内中心光强最大,两侧对称分布着2n个次峰。随传输距离增加,光强分布由多峰状逐渐演化为单峰状,波长越长,n值越小,光强分布演化越快。位错数目越多,光束稳定性越好。源平面内n个圆刃型位错最内侧的环半径随位错数目增加而减小。受到生物组织湍流诱导和衍射效应的综合作用,自传输开始,圆刃型位错分裂为n对拓扑荷分别为“+1”和“-1”的相干涡旋。随传输距离增加,又新生n对拓扑荷为“+1”和“-1”的相干涡旋。波长越长,n值越大,光束相位演化越快,相干涡旋的位置分布由分散趋于集中,最终全部湮灭。相干涡旋对间距越小,湮灭越早。波长越长,位错数目越多,起始相干涡旋对越早开始湮灭,全部湮灭的传输距离越长;波长越短,位错数目越多,新生相干涡旋对越早开始湮灭,全部湮灭经历的传输距离越长。

bcc-Fe刃型位错偶极子的动力学过程模拟

用分子动力学方法模拟了bcc单晶铁中滑移面为(011)晶面、柏氏矢量b-=±[100]的刃型位错偶极子吸引至湮灭的动力学过程.模拟结果显示:沿[100]晶向滑移的正刃型位错穿越Peierls势垒的方式为滑移面上方芯原子沿[111]晶向滑移,滑移面下方芯原子沿[111]晶向滑移;芯原子滑移方向分别偏转为[1 11]和[111]晶向,同时芯能量以格波形式释放.统计了位错运动速度和Peierls势垒随时间或两位错距离的变化。

α-Fe中刃型位错和富MnNi析出物相互作用的分子动力学模拟研究

本文采用分子动力学方法对α-Fe中1/2〈111〉{110}刃型位错和富MnNi析出物的相互作用进行了系统性研究。发现体系的临界剪切应力随析出物尺寸的增加而增大,随温度的升高而降低。富MnNi析出物和位错相互作用的临界剪切应力大于纯Cu析出物的。对于2 nm和3 nm富MnNi析出物,Mn原子对位错滑移的影响作用大于Ni原子的,Mn原子倾向于聚集到位错段,起拖拽位错运动作用。4 nm富MnNi析出物出现了体心立方相转变为面心立方和密排六方相现象,进一步提高了析出物对位错滑移的阻碍作用。随着温度的升高,Mn原子对位错段的拖拽作用减弱、析出物的相变程度降低,导致富MnNi析出物对应的临界剪切应力降低,呈较显著的温度依赖性。总而言之,相比于纯Cu析出物,富MnNi析出物表现出对位错滑移更强的钉扎作用,增强了基体的辐照硬化程度。

分子动力学模拟研究单个刃型位错对NiAl马氏体相变的影响

利用嵌入原子类型的势函数，通过分子动力学模拟方法研究了单个刃型位错对NiAl热诱发和应力诱发马氏体相变的影响，不受外力时，单个刃型位错的应变区不能诱发马氏体形核；位错在马氏体的长大过程中被继承，并可在相变的驱动下逐渐运动拉应力作用下，3R结构的应力诱发马氏体首先在位错芯附近形核，长大过程中先形成蝶状马氏体，随后位错多余半原子面的中部也发生了马氏体形核.刃型位错降低了应力诱发马氏体形核的激活能，并在相变中起到了塑性协调作用.

倾滑断裂、滑开破裂和刃型位错运动的一致性

倾滑断裂、滑开破裂和刃型位错构造,虽然它们的研究层次和尺度明显不同,但是从二维平面角度观察,它们的运动机理是一致的,即运动均垂直于断裂(滑移)线,反映了物质运动的统一性.本文从倾滑韧性断裂中取样测试并证实为刃型位错类型,还介绍了一种简便地测定位错类型的新方法。

Fe中刃型位错扭折处掺S的电子结构

用基于密度泛函理论的自洽离散变分方法研究了bcc Fe中[100](010)刃型位错扭折处掺S的电子结构,计算了杂质偏聚能、原子间相互作用能、电荷密度及态密度.计算结果表明:S引入体系后,电荷发生了重新分布,S原子得到电子,其周围Fe原子失去电子,且S原子的3p轨道与近邻Fe原子的3d4s4p轨道之间杂化,使得它们之间的成键有较强的方向性,可影响材料的韧性;而近邻Fe原子因失去电子使自身之间相互作用比未掺杂时减弱,有利于扭折的迁移,可能影响材料的强度.

刃型位错应力场分量的计算机模拟

在晶体缺陷的分析研究中 ,计算机模拟是一种重要的手段 .本文介绍一种计算机模拟刃型位错应力场的方法 ,阐述并论证了该方法的基本原理 ,给出了计算机模拟结果 .

刃型位错弹性应力场的求解

运用分离变量法对刃型位错弹性应力场双调谐方程V^4φ=0进行直接求解,进而得到一个特殊的四阶变系数线性微分方程——欧拉方程.求出该方程的通解后,依据边界条件确定了满足要求的特解,并对所求解的过程作了简要讨论.

Fe中掺Ti刃型位错体系的电子结构研究

能量计算结果表明,在铁基刃型位错芯处掺入合金化元素Ti后,掺杂体系的结合能比纯刃型位错体系的结合能降低,这意味着置换型掺杂刃型位错体系具有相对的稳定性.杂质形成能计算预期Ti在位错芯区的偏聚倾向,反映了位错芯对杂质Ti的捕获效应.从原子间相互作用能计算和Mulliken轨道占据数的分析中发现掺杂体系中Ti原子与其近邻基体Fe原子间具有强相互作用及电荷转移,形成较强的电荷关联区.原子间键合力增强,将影响刃型位错在基体中的力学行为.考虑到掺Ti对位错芯区电子结构及能量的影响可得出结论:Fe中掺Ti的量子力学计算发现微量合金化元素Ti具有固溶强化效应,影响过渡金属的力学性质.

氧对体心立方铁中刃型位错上扭折电子结构的影响

利用离散变分方法和DMol方法,研究了氧对体心立方铁中[100](010)刃型位错上扭折电子结构的影响,计算了杂质偏聚能、原子格位能、电荷密度及态密度.计算结果表明:扭折对氧原子有捕获效应,氧进入体系后引起电荷重新分布,铁原子的4s4p轨道失去电子,氧原子2p轨道和铁原子3d得到电子,氧原子的2p轨道与近邻铁原子的3d4s4p轨道之间杂化,使得它们之间的成键有较强的方向性,有可能使材料韧性降低.

刃型位错和圆弧形刚性线夹杂的干涉效应

位错和夹杂的干涉效应对于理解材料的强化和韧化机理具有十分重要的意义。文中研究了晶体材料中刃型位错和多条共圆弧刚性线夹杂的干涉作用。利用Riemann-Schwarz反照原理和复势函数的奇性主部分析技术,得到了问题的一般解答;对于只含一条刚性线夹杂的情况,给出了复势函数的封闭形式解。由Peach-Koe-hler公式求出了作用在刃型位错上的位错力,并讨论了圆弧形刚性线夹杂对位错力的影响规律,发现弧形刚性线对刃型位错有很强的排斥作用。本文解答不但可作为格林函数获得任意分布位错的相应解答,而且可以用于研究刚性线夹杂和任意形状裂纹的干涉效应问题。

Fe中刃型位错芯的模型建立及电子结构研究

本文用密度泛函理论框架下的离散变分方法 (DVM)研究了bccFe[10 0 ](0 0 1)刃型位错体系的电子结构 ,给出了结合能、原子间相互作用能以及电荷转移信息。结果表明 :通过结合能的计算可确立用于电子结构研究的团簇平衡构型。此外 ,原子间相互作用能的计算以及差分电荷密度分析表明在位错芯的压缩区 ,沿滑移面的原子对之间的化学键较强 ,而垂直于滑移面的键较弱。反之在位错的膨胀区 ,沿滑移面的原子对之间的化学键较弱 ,而垂直于滑移面的键较强 。

合金元素Mn对bcc Fe中刃型位错上扭折电子结构影响的第一原理研究

用基于密度泛函理论的自洽离散变分方法研究了合金元素Mn对bcc Fe中[100](010)刃型位错上扭折的电子结构的影响,计算了格位能、原子间相互作用能、电荷密度及态密度等物理参量。计算结果表明:Mn引入扭折后,由于Mn原子的3d轨道与近邻Fe原子的3d之间的杂化,使Mn与近邻原子之间及基体原子之间的相互作用加强,阻碍扭折的侧向运动,即对位错运动起了较强的钉扎效应,导致固溶强化。

氦原子对镍金属中刃型位错运动行为影响的原子模拟（英文）

应用分子动力学(MD)技术和改进分析型嵌入原子法(MAEAM)研究氦原子对镍金属中(a/2)?110?{111}刃型位错迁移行为的影响。首先通过计算晶格的Burgers矢量分布,确定两刃型分位错之间的平衡距离(Ded)约为25.95?,而它们之间的堆垛层错能(Esf)约为108 m J/m2。然后研究He原子在晶格中不同位置的形成能(Ef),发现He原子在镍金属晶体的张力区域受到晶格的吸引,而其在压缩区域则受到晶格排斥。通过探讨He原子与刃型位错之间的相互作用发现,相比于置换He原子而言,间隙He原子对位错迁移行为的影响更强烈。最后,研究表明间隙He原子的迁移在第一个分位错跨过后表现更明显,同时刃型位错也为He原子迁移提供了更快速的扩散路径。

Fe中刃型位错及其掺杂体系的电子结构

用 ＤＭｏｌ团簇方法研究了 ｂｃｃＦｅ［１００］（０１０）刃型位错及其掺杂（碳，氮，磷）体系的电子结构，给出了 Ｆｅ中刃型位错及其掺杂体系的能量参数（结合能、格位能及杂质形成能）和掺氮体系的差分电荷密度．结果表明，杂质与位错芯区近邻基体原子间存在电荷关联区，它反映了位错芯区轻杂质及其近邻基体原子间存在相互作用．Ｆｅ中刃型位错芯区能量计算表明：位错芯区具有捕获轻杂质（碳，氮，磷）的作用，反映了 Ｃｏｔｔｒｅｌｌ气团的量子力学效应．

旋转圆柱材料的刃型位错

材料在加工、制造过程中难免出现位错、裂纹、空洞等微观缺陷,机械工程中的材料又经常处于运动之中。运动材料的速度、加速度对其内部位错的行为产生显著的影响。分析了具有角速度和角加速度的旋转圆柱材料中刃型位错的行为,旨在探讨材料的运动对位错行为的影响。运用复变函数理论,获得了复势函数和应力场的精确解,导出了作用于刃型位错的像力表达式,并讨论了旋转圆盘角速度和角加速度对位错力的影响。数值结果表明,旋转角速度使得x轴上的位错受到y方向的作用力,这个作用力随旋转角速度的增大而增大;而位错受到的x方向的作用力随旋转角加速度的增大而增大,旋转角加速度为负值时,存在一个位错的不稳定平衡位置,位错在此位置受到的合力为零。

旋转圆柱中刃型位错偶极子的弹性平面解

分析了具有角速度和角加速度的旋转圆柱材料中的刃型位错偶极子.运用复变函数理论获得了应力场的精确解,推导出了作用于刃型位错偶极子的位错力表达式,并讨论了旋转圆盘角速度、角加速度和偶极子距离对位错力的影响.结果表明,旋转角加速度为负值时,存在一个位错偶极子的稳定平衡位置.

α-Fe中刃型位错与空洞相互作用的分子动力学模拟

本文通过分子动力学方法(MD),采用嵌入原子势法(EAM),沿[111]方向插入一层(011)半原子面形成位错,然后在模型中插入空洞,模拟了BCC铁中刃型位错与空洞相互作用,研究了空洞对位错运动的影响机理.模拟结果表明,当温度设定为10 K时,位错运动速度快,但空洞直径的大小对位错运动速度的影响不太明显,当高温设定为100 K时,由于位错线密度增大并随着空洞直径的增加位错运动速度减小,临界剪切应力也随着减小.最后将模拟计算结果与Osetsky的研究数据及连续体理论模型进行了对比分析.