材料損傷與破壞的物理機理一直是固體力學研究的核心問題之一。材料的宏觀損傷與破壞行為源于介觀尺度的變形及損傷演化。在介觀尺度下,材料的變形及損傷行為與材料中離散位錯與晶界、孔洞、微裂紋等缺陷的相互作用密切相關。捕捉材料中離散位錯與晶界、孔洞、微裂紋等缺陷的相互作用過程,對揭示材料損傷與破壞的物理機理具有重要的理論意義。為此,需要發(fā)展介觀尺度下離散位錯與晶界、孔洞和微裂紋等缺陷相互作用的算法;在此基礎上,對離散位錯與晶界、孔洞和微裂紋等的相互作用過程進行定量刻畫。這些問題的研究屬于固體力學與材料物理的交叉前沿,具有重要的學術意義和潛在的應用價值。通過追蹤材料中離散位錯的動態(tài)演化,離散位錯動力學（DDD）可以模擬較大空間尺度和較長時間尺度的塑性力學問題,它已成為模擬介觀尺度下材料塑性變形、損傷及斷裂行為的有效手段。通過擴展現(xiàn)有DDD方法,本文對介觀尺度下材料的損傷及斷裂行為進行了深入研究。本文的主要研究工作有:（1）通過離散位錯動力學模擬,詳細研究了I型鈍裂紋與相鄰微孔洞之間的相互作用,揭示了微孔洞長大機制及其尺寸效應。模擬結果表明:即便對于I型裂紋,也容易在裂紋和孔洞間形成連接裂紋尖端與孔... 

【文章來源】：華中科技大學湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：122 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

DDDD疊加法求解思路示意圖[107]

華中科技大學博士學位論文14（a）(b)圖2-1計算模型盡管單晶材料在彈性和塑性性質上都應該是各向異性的，但為了簡化方便，這里假設彈性性質上是各向同性的，但由于計算模型在尺寸為5050μmpplh=的過程窗口內分布了特定取向的離散滑移系因此在材料塑性行為上是各向異性的。如圖2-1(b)所示,在方形的過程窗口內包含了鈍裂紋端部和臨近的孔洞。由于滿足小范圍屈服條件，塑性流動被限制在這個小范圍過程窗口內，其中的位錯演化由二維離散位錯動力學求解。在所考慮的面心立方單晶鋁平面應變模型中，與1x軸夾角為60,60,0的三個滑移系均勻的分布在過程窗口中，以后將分別稱作滑移系(1),(2)和(3)，滑移面間的間距為100b=25nm。另外，在滑移面上初始是沒有初始位錯的，但隨機分布著一定密度sou的Frank-Read位錯源。給定位錯源的強度nuc遵循均值為50MPanuc=標準差為0.2nucnuc=的高斯分布。一旦某個位錯源上的Peach-Koehler力if在一個周期時間10nsnuct=都超過了臨界形核應力nucb，就會在這個位錯源上形核一對間距為4(1)(1)nucnucEbL=+的伯氏矢量異號的位錯偶極子。當兩個相互接近的伯氏矢量異號的位錯間距小于臨界距離6annL=b時它們就會彼此湮滅。另外，位錯滑移的最大速度小于截斷速度20ms。當位錯運動到孔洞表面時會在上面形成一個小臺階，此時認為位錯被孔洞表面吸收。

華中科技大學博士學位論文16反號的位錯不斷地從裂紋尖端表面或微孔洞表面滑移出去時，裂紋會加速擴展同時微孔洞也會迅速增長。通過DDD的模擬驗證，一旦連接裂紋端部和微孔洞的兩個水平滑帶形成，微孔洞的增長速率就會得到顯著增加。顯然，這兩個水平滑帶的形成對裂紋的擴展和微孔洞增長非常重要。然而，直覺告訴我們，這兩個滑帶不應該出現(xiàn)在這個位置，因為根據經典的晶體塑性理論，I型裂紋尖端前緣的水平剪切應力非常低甚至接近于零。實際上，這樣的水平滑移帶不可能在基于經典晶體塑性的有限元模擬中出現(xiàn)。在本章的DDD模擬中，這些意想不到的水平滑移帶只能在形成圖2-2所示的斜滑移帶之后形成。換句話說，這些水平滑移帶可能是由于斜滑移帶中位錯引起的局部應力場而被激活的。此外，在僅考慮水平滑移系的DDD模擬中也不會出現(xiàn)這樣連接裂紋尖端和孔洞的這強水平滑動帶，這也進一步證實了這一結論。由于激活水平滑移帶的局部應力場與構成斜滑移帶的每個單獨位錯的離散性密切相關，經典的晶體塑性理論無法預測這些水平滑移帶的形成。圖2-2裂尖塑性滑移云圖除了這兩個水平滑移帶，從圖2-2還可以清楚地觀察到與x軸成60yí的兩個滑移帶。顯然，這兩個斜滑移帶中的位錯向微孔洞表面的滑移也在一定程度上有助于孔洞增長。一般來說，盡管如圖2-2所示，第二滑移系60或1208的滑移面強度非常

【參考文獻】：
期刊論文
[1]SiC單晶體放射狀裂紋缺陷研究[J]. 張皓,張政,孫科偉,陳建麗,孟大磊,郭森,竇瑛.  半導體技術. 2020(06)



本文編號：3064485