位錯的運動演化會影響晶體材料的塑性變形。離散位錯動力學方法通過模擬位錯的運動狀態(tài)來研究材料的塑性變形,但該方法局限于無限大的模型。采用有限元方法求解邊值問題的離散位錯動力學-有限元疊加法（DDD-FEM）和離散位錯動力學-有限元耦合算法（DCM）存在網(wǎng)格依賴性強的問題。離散位錯動力學-擴展有限元（DDD-XFEM）耦合算法突破了網(wǎng)格限制。但是該方法對于包含大量位錯以及界面問題的研究尚有不足,并且對三維位錯問題還未涉及。鑒于此,在課題組對二維DDD-XFEM耦合算法研究的基礎之上,本文提出了XFEM-三維位錯動力學耦合算法,并且運用Fortran語言編寫數(shù)值計算程序,結合Ansys有限元軟件,對位錯問題進行計算。本文的研究內容及主要結論有以下幾點:1、提出XFEM-三維位錯動力學耦合框架,給出了兩種計算方案:僅含三維位錯階躍擴充的耦合算法以及增加位錯芯附近應力場修正項的耦合算法。通過對比分析幾個典型的算例,發(fā)現(xiàn)僅含三維階躍擴充的耦合算法計算效率較高,但是在位錯芯附近這種具有高度奇異性的區(qū)域,其計算精度不高。隨后,針對存在的問題,提出了增加位錯芯附近應力場修正項的耦合算法,計算結果精度得到... 

【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)】：83 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

a.無缺陷的晶體；b.晶體中形成刃型位錯；c.晶體變形

晶體中存在圖 2-1b 所示的空位，正是因為滑移面上方的原子沒有與下面的原子形成新的原子鍵，也就是在滑移面上方相對于下方多出了一個半原子面，在晶體中滑移面與未滑移部分交界處稱為位錯線，也就是圖 2-1b 中虛線的位置。在滑移面的上方出現(xiàn)多余的半原子面，該位錯又稱為正刃型位錯，記作符號 “┴”；而在滑移面下方出現(xiàn)多余的半原子面，該位錯則稱之為負刃型位錯，記作符號“┬”�；泼娴奈灰朴貌袼故噶勘硎荆枮椤癰 ”。刃型位錯的特點是其位錯線與伯格斯矢量方向垂直。如圖 2-1c 所示，刃型位錯消失在晶體邊緣，但是晶體已經(jīng)發(fā)生變形[34, 35]。圖 2-2 是螺型位錯形成的示意圖。如圖 2-2a 所示，滑移面 ABCD 兩側的原子在虛線 AB 處切應力的作用下發(fā)生了錯動；如圖 2-2b 所示，AB 處發(fā)生滑移，滑移距離和方向也稱為伯格斯矢量。在晶體中滑移部分與未滑移部分交界處稱為位錯線，也就是圖 2-2c 中的線段 CD。螺型位錯的特點是位錯線與伯格斯矢量是平行的，這是與刃型位錯最大的區(qū)別。另外，不同于刃型位錯，螺型位錯沒有多余半原子面[34, 35]。

a b圖 2-3 a.混合位錯模型；b.位錯線[36] 位錯的應力場位錯是由原子滑移導致的晶體微觀缺陷，由于原子偏移了原本的位置，這必會在晶體內部引起位錯應力場。最初對位錯應力場的計算是基于連續(xù)介論，并采用各向同性彈性材料模型。圖 2-4 是刃型位錯的計算模型。圖 2-4a 是一個中空的圓柱在未產(chǎn)生位錯時當陰影部分的面作為滑移面沿 x 軸負方向滑移一個伯格斯矢量后，如圖 2-4。

【參考文獻】：
博士論文
[1]小尺度材料力學行為的尺度效應及其離散位錯動力學機制[D]. 范海冬.華中科技大學 2012

碩士論文
[1]位錯的擴展有限元法及其在界面問題中的應用[D]. 丁光強.華中科技大學 2016



本文編號：3456290