位错滑移模型及其实现方法

对大量位错滑移模型及其实现过程进行分析的基础上,结合各种位错滑移模型的特点,描述了各模型力学参量的微观机理,总结了一些具有代表性的位错滑移模型及其实现过程,为后续的位错滑移理论模型的研究提供参考。

剪切应力作用下位错运动的晶体相场模拟

【目的】研究剪切应变作用下晶体的位错攀滑移运动特征,揭示原子晶格势垒、剪切应变对位错运动特征的作用机理。【方法】根据位错滑移运动,构建包含外力场与晶格原子密度耦合作用项的体系自由能密度函数,建立剪切应变作用体系的晶体相场模型,模拟位错攀移和滑移运动,计算临界应变。【结果】位错攀移克服的势垒大于滑移的阻力势垒;位错启动运动,存在临界的势垒;施加较大的剪切应变率作用,体系能量变化为单调光滑曲线,位错以恒定速度作连续运动,具有刚性运动特征;剪切应变率较小时,体系能量变化出现周期波动特征,位错运动是处于低速不连续运动状态。【结论】位错攀移和滑移运动特征与实验结果相符合。

基于整体结构的纳米晶体材料力学模型

为了系统地分析晶粒尺寸、应变速率和缺陷对纳米晶体材料的影响,提出了1个新的本构模型,运用能量法描述纳米晶体的变形机理、微结构演变和力学行为.在模型中,晶粒和晶界作为一个整体共同承担位错和晶界滑移.通过对纳米晶体N i在不同应变速率和晶粒尺寸条件下的实验,验证改进模型的可行性.与实验数据对比发现,预测的模型可以用来描述纳米晶体材料的力学性能.

考虑倾角的位错模型反演鲜水河断裂滑移速率

针对经典螺旋位错模型和考虑倾角的螺旋位错模型的差异,该文通过模拟实验对比分析了基于螺旋位错模型进行走滑型断层滑移速率反演时断层倾角对反演结果的影响。在此基础上,以川滇地区1999—2019年中国地壳运动观测网络提供的GPS资料为约束,采用带有倾角改正的螺旋位错模型反演了鲜水河断裂带北中南各段的现今滑移速率。通过与未考虑断层倾角的经典螺旋位错模型反演结果的对比,发现带有倾角改正的模型的反演精度更高,在一定程度上能更加客观地反映鲜水河断层的形态特征:各段的倾角、闭锁深度以及滑移速率各异;相比中段,北段和南段的闭锁程度较高,表明其具有更高的地震危险性。

基于Tanaka-Mura模型的正交异性钢桥面板微裂纹萌生扩展寿命的研究

采用三维Voronoi图在正交各向异性钢桥面板盖板-U肋焊接节点细晶粒热影响区建立晶体代表体积单元模型(RVE),考虑晶粒随机取向,生成晶体多滑移带模型。根据Tanaka-Mura位错滑移模型,用Python编写了疲劳裂纹萌生扩展脚本,计算微裂纹萌生扩展寿命。以安庆长江公路大桥为研究对象,计算其正交各向异性钢桥面板盖板-U肋焊接节点疲劳微裂纹萌生扩展寿命。结果表明该方法可有效分析正交异性钢桥面板微裂纹萌生扩展寿命。

剪切应变下刃型位错的滑移机理的晶体相场模拟

针对刃型位错的滑移运动,构建包含外力场与晶格原子密度耦合作用的体系自由能密度函数,建立剪切应变作用体系的晶体相场模型.模拟了双相双晶体系的位错攀移和滑移运动,计算了位错滑移的Peierls势垒和滑移速度.结果表明:施加较大的剪切应变率作用,体系能量变化为单调光滑曲线,位错以恒定速度做连续运动,具有刚性运动特征;剪切应变率较小时,体系能量变化出现周期波动特征,位错运动是处于低速不连续运动状态,运动出现周期"颠簸"式滑移运动,具有黏滞运动特征;位错启动运动,存在临界的势垒.位错启动攀移运动的Peierls势垒要比启动滑移Peierls势垒大几倍.位错攀移和滑移运动特征与实验结果相符合.

体心立方金属位错滑移时反应应力对取向变化的影响

提出了一种考虑反应应力的体心立方金属塑性变形模型,计算了位错开动所造成的切应变及可能会引发的反应应力,并使之影响到后续的位错开动过程.在{110}和{112}两类滑移面上的临界切应力比为0.95,第2位错与第1位错取向因子差小于5％,第2位错也同时开动的条件下计算了体心立方金属冷轧80％时的变形织构.结果表明,所计算的织构比以往其他计算模型更接近冷轧80％无间隙原子钢板的实际织构.分析认为,该模型可以兼顾多晶体塑性变形时应变与应力的连续性,因而更接近于体心立方金属变形的真实晶体学过程.

温度对位错滑移运动影响的晶体相场模拟

在原有的晶体相场模型的自由能密度函数基础上,引入外力场与体系原子密度场耦合作用项,能够对样品施加剪切应变作用,实现位错的滑移运动。研究不同温度情况下的位错滑移特性。研究发现,位错的启动,存在一个临界温度,当温度高于临界温度时,外加一定的应变率才能启动位错运动。较低的体系温度有利于刃型位错的滑移。随着体系温度升高,刃型位错水平滑移速度变慢,而垂直方向的攀移运动明显增加。在高温情况下攀移已成为位错运动的主要形式。

镍基单晶合金蠕变研究:试验、机理及材料模型

在镍基单晶合金高温蠕变建模研究工作的第一部分,通过对DD6镍基单晶合金不同中断时间的高温蠕变试验及透射电镜(TEM)观察,结合单晶合金蠕变机理的研究成果阐明了单晶高温蠕变的机理,并从Orowan方程出发,在晶体塑性理论框架下建立描述晶体滑移系上位错演化规律的方程,发展了以位错密度变化表征镍基单晶高温蠕变的材料模型.该模型考虑了较宽温度与载荷范围内单晶的主要蠕变机理,可较好地建模750~1100℃范围内镍基单晶的各向异性蠕变行为.

晶粒间反应应力对低轧制变形量纯钛晶粒取向变化的影响

用扫描电镜和背散射电子衍射技术观察了低轧制变形量工业纯钛晶粒取向与形状的变化,统计观测分析了变形过程中实际开动的滑移系,研究了变形过程中晶粒间的力学交互作用及其对滑移系开动和取向演变的影响。用Sachs模型和反应应力模型(RS模型)模拟计算了晶粒变形过程中开动的滑移系及取向的演变。结果表明,工业纯钛多晶体中各晶粒的塑性应变并不符合Taylor变形原则,Sachs模型能够部分地揭示滑移系的开动过程和取向演变的趋势。晶粒的塑性变形不仅取决于外应力的作用,晶粒间的反应应力也会对滑移系的开动和取向演变产生重要影响。采用基于晶粒间交互作用的反应应力模型可以更全面地揭示滑移系的开动过程,更准确地预测变形后的晶粒取向。晶粒间反应应力的高低受多种因素影响,其中,晶粒自身取向及其与周围晶粒取向关系对反应应力大小有重要影响。