發(fā)布時(shí)間：2021-10-25 00:21

　　位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)演化會(huì)影響晶體材料的塑性變形。離散位錯(cuò)動(dòng)力學(xué)方法通過模擬位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)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(cuò)動(dòng)力學(xué)-有限元疊加法（DDD-FEM）和離散位錯(cuò)動(dòng)力學(xué)-有限元耦合算法（DCM）存在網(wǎng)格依賴性強(qiáng)的問題。離散位錯(cuò)動(dòng)力學(xué)-擴(kuò)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(cuò)以及界面問題的研究尚有不足,并且對三維位錯(cuò)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(chǔ)之上,本文提出了XFEM-三維位錯(cuò)動(dòng)力學(xué)耦合算法,并且運(yùn)用Fortran語言編寫數(shù)值計(jì)算程序,結(jié)合Ansys有限元軟件,對位錯(cuò)問題進(jìn)行計(jì)算。本文的研究內(nèi)容及主要結(jié)論有以下幾點(diǎn):1、提出XFEM-三維位錯(cuò)動(dòng)力學(xué)耦合框架,給出了兩種計(jì)算方案:僅含三維位錯(cuò)階躍擴(kuò)充的耦合算法以及增加位錯(cuò)芯附近應(yīng)力場修正項(xiàng)的耦合算法。通過對比分析幾個(gè)典型的算例,發(fā)現(xiàn)僅含三維階躍擴(kuò)充的耦合算法計(jì)算效率較高,但是在位錯(cuò)芯附近這種具有高度奇異性的區(qū)域,其計(jì)算精度不高。隨后,針對存在的問題,提出了增加位錯(cuò)芯附近應(yīng)力場修正項(xiàng)的耦合算法,計(jì)算結(jié)果精度得到... 

【文章來源】：華中科技大學(xué)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(xué)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(cuò)；c.晶體變形

晶體中存在圖 2-1b 所示的空位，正是因?yàn)榛泼嫔戏降脑記]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(gè)半原子面，在晶體中滑移面與未滑移部分交界處稱為位錯(cuò)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(cuò)又稱為正刃型位錯(cuò)，記作符號 “┴”；而在滑移面下方出現(xiàn)多余的半原子面，該位錯(cuò)則稱之為負(fù)刃型位錯(cuò)，記作符號“┬”�；泼娴奈灰朴貌袼故噶勘硎荆枮椤癰 ”。刃型位錯(cuò)的特點(diǎn)是其位錯(cuò)線與伯格斯矢量方向垂直。如圖 2-1c 所示，刃型位錯(cuò)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(cuò)形成的示意圖。如圖 2-2a 所示，滑移面 ABCD 兩側(cè)的原子在虛線 AB 處切應(yīng)力的作用下發(fā)生了錯(cuò)動(dòng)；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(cuò)線，也就是圖 2-2c 中的線段 CD。螺型位錯(cuò)的特點(diǎn)是位錯(cuò)線與伯格斯矢量是平行的，這是與刃型位錯(cuò)最大的區(qū)別。另外，不同于刃型位錯(cuò)，螺型位錯(cuò)沒有多余半原子面[34, 35]。

a b圖 2-3 a.混合位錯(cuò)模型；b.位錯(cuò)線[36] 位錯(cuò)的應(yīng)力場位錯(cuò)是由原子滑移導(dǎo)致的晶體微觀缺陷，由于原子偏移了原本的位置，這必會(huì)在晶體內(nèi)部引起位錯(cuò)應(yīng)力場。最初對位錯(cuò)應(yīng)力場的計(jì)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(cuò)的計(jì)算模型。圖 2-4a 是一個(gè)中空的圓柱在未產(chǎn)生位錯(cuò)時(shí)當(dāng)陰影部分的面作為滑移面沿 x 軸負(fù)方向滑移一個(gè)伯格斯矢量后，如圖 2-4。

【參考文獻(xiàn)】：
博士論文
[1]小尺度材料力學(xué)行為的尺度效應(yīng)及其離散位錯(cuò)動(dòng)力學(xué)機(jī)制[D]. 范海冬.華中科技大學(xué) 2012

碩士論文
[1]位錯(cuò)的擴(kuò)展有限元法及其在界面問題中的應(yīng)用[D]. 丁光強(qiáng).華中科技大學(xué) 2016



本文編號：3456290