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[博士论文] 郑松林
材料力学与设计 中国科学技术大学 2015(学位年度)
摘要:很多纳米晶体材料的强化效应归于界面对位错的阻碍作用,深入理解界面强化机制对材料的优化设计有着重要意义。位错与界面的相互作用受诸多跨尺度因素的影响,研究这些因素的作用需要多尺度的数值模拟方法。本文旨在发展位错的相场微弹性模型,在连续尺度上研究位错与共格滑移界面、位错与晶界位错网络的相互作用。
  首先讨论了位错与滑移界面的相互作用。较弱界面在位错剪切下发生较大的滑移,而此界面滑移会吸引位错使其陷入界面,从而对位错穿越界面产生较大的障碍。高应力或者低界面位错速率都会导致界面滑移区域减小,从而降低界面障碍强度,此结果表明滑移界面对位错的阻碍作用与速率相关。
  利用相场模型结合简单标度分析,研究了层错能和界面强度对于扩展位错穿越滑移界面的影响。发现存在只有头不全位错穿越的不全穿越模态,此时头不全位错后面有长层错生成,有利于发生孪晶变形。结果中给出了位错从不全穿越到全穿越模态的相图。
  改进了现有位错相场模型中描述位错核反应的晶体能表达式,使其基于所有位错的总Burgers矢量。并利用改进前后的模型来描述相交滑移面上共线位错结的能量、结构、解开力以及解开机制,发现只有改进后的模型才能准确描述相交面上的位错核结构反应。
  利用改进的相场模型研究了品格螺位错穿越小角度扭转晶界中位错网络的过程。小角度扭转晶界包含两种典型的位错网络:高层错能中全位错组成的六边形网络和低层错能中不全位错与层错组成的三角形网络。穿越位置会影响六边形网络的穿越障碍,此阻碍作用主要源于晶格位错与穿越位置附近的共线晶界位错段发生共线反应,而并非之前结论中是由于不同类型位错结的形成。三角形网络的穿越障碍对穿越位置不敏感,因为层错的存在使晶界上位错的分布非常均匀。另外,在三角形网络的有些位置会发生只有头不全位错穿越的不全穿越模态。
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