Введение к работе
Актуальность проблемы В натурных экспериментах, направленных на изучение прочностных и пластических свойств металлов и сглаьов, как правило нельзя разделить вклад различных механизмов и выяснить роль каждого в заданных условиях эксплуатации материалов, '.-да самым и раскрыть природу наблюдаемых явления. С этой точки з-тпия довольно ограниченными возможностями обладают и аналитические методы исследований, что ооу словлено несоответствием .'-'.ЗІЙДУ многообрззием взаимосвязанных процессов, происходящее в деформируемых твердых телах и том описанием, которое используется для их анализа. Значительного успеха здесь ксн:::о окидзть от компьютерного моделирования. Имитационное компьютерное моделирование как методика исследований имеет свею специфику и используется для различных целей. В тем числе, для расширения границ применимости аналитических методик, так как появляется возможность проведения расчетов по известным аналитических моделям, используя минимум приближений-, для проверки физических гипотез; для выявления причин и условия работы конкретных механизмов путем сопоставления элементарных актов изучаемых процессов с макроскопическими характеристиками материалов, являющихся гас следствием; для получения качественно новой информации, недоступной другим методам, за счет возможности проведония анализа результатов на любом этапе исследований; для проведения экспериментов в таких областях изменения внешних параметров, которые не реализуются на практике. В целом имитационные компьютерные эксперименты позволяют проводить как фундаментальные исследования в плане, описанном выше, так и прикладные, касающиеся либо замены одних испытаний другими, более выгодными экономически, либо поиска оптимальных условий эксперимента, либо прогнозируемого поведения деформируемых материалов.
Цель работы. На различных этапах исследований в качестве основных целей работы ставились: модификация существующих и создание нозых компьютерных моделей, рассматривающих деформацию с позиций дислокационного подхода; изучение механизмов деформации и свойств ионе- и поликристаллов.
В частности, основной целью компьютерных экспериментов.
-4_
ислсльзу?:?дих модифицированную модель ДБИКЭНКЯ одиночних ду.слокаїХї. включающую в сесія классические представления о оог.щ-'.'л^'.^'.опксх и термоэкткзировэнном преодолении ими точечных препятствий, являлось следующее. Расчет деформационных кривых, в том числе и кривых с аномальным поведением, проявляющемся в виде пиков текучести и участков разупрочнения. Выявление причин появления пиков текучести кз деформационных кривых. Определение влияния на эффект пика текучести как условий эксперимента с скорости дефор.чации, тегйперэтуры, дефектной структуры."1, так и некоторых специфические, свойственных толысо компьютерным моделям, параметров, изучение корреляционных связей между критическим напряжением сдвига и скоростью радиационной ползучести, поведением деформационных и радиэциошю - отжиговых кривых.
Следует отметить, что существующие компьютерные модели, рассматривающие з качества механизма, контролирующего деформацию, торможение скользящих дислокаций дефектами решетки, используют приближение невзаимодействующих дислокаций и отображают реальные об'єкта модельным монокристаллом. Такое представление язляется серьезным тормозом для развития компьютерных методов изучения механизмов деформации и свойств исследуемых материалов. Поэтому одной из целей настоящей работы являлось создание компьютерных моделей деформации моко- и поликристаллов, основанных на близкодействующих взаимодействиях дислокаций с дефектами решетки, дальнодойствугащих взаимодействиях между дислокациями и механизмах перехода решеточных дислокаций через границы зерен. Тем самым предпринята попытка об'единить наиболее существенные черты деформационных процессов. Предложенные в настоящей работе
КОМПЬЮТерНЫе МОДеЛИ ИСПОЛЬЗОВаЛИСЬ ДЛЯ: оценок влияния
дальнодойствующих взаимодействий между дислокациями на характер их движения через локальные дефекты-. анализа пространственного расположения дислокаций в ансамблях и изучения свойств отдельных дислокаций-, получения макроскопических характеристик и проведения сравнения результатов компьютерных и реальных экспериментов; определения траекторий движения дислокаций с путей легкого скольжонияэ в поликристаллах-, анализа влияния приложенного напряжения, характеристик дефектной структуры и других факторов на эти траектории и кривые, ползучести; вычислений величин потоков дислокаций через выделенное сечение поликристалла; сопоставления
макроскспических характеристик деформации с нзкг.плчнком элементарных актов ее составляющих.
В качестве основных методик исследований использовались компьютерные и аналитические ?лодели деформирования твердь;:; то.-:.
Основным объектом исследований являлись модельные материалы.
Научная новизна работы состоит а том, что в ней:
- предложена методика компьютерных расчетоз деформационных кривых
до напряжений, не превышающих критическое напряжение сдвига;
выявлены механизмы, приводящие к появление на них иез текучести и
условия их реализации.;
показано, что между скоростью радиационной ползучести, вычкелеккоя в рамках механизма скольжения - порепелзі-нпя, и критическим напряжением сдвига, определяемом из компьютерного эксперимента, существует корреляция-, получены соответствуем количественные оценки данного оффекта-.
- разработаны компьютерные модели, позволяющие изучать скольжение
дислокационных ансамблей через массивы локальных дефектов и
движение дислокаций в поликристаллах-.
выявлены закономерности пространственного расположения дислокаций в скоплениях; проанализировано влияние далкгодэяствующих взаимодействий между скользящими дислокациями на вероятностно - статистические и макроскопические характеристики движения отдельных дислокаций;
изучены особенности, возникающие при формировании и скольжении дислокационных ансамблей как прій напряжениях меньших .так и превышающих критическое напряжение сдвига;
проведено сравнение вероятностно - статистических характеристик дислокационных конфигурация, полученных из компьютерных экспериментов, и электронно-микроскопических изображений дефектной структуры облученного -алюминия, на основании которого подучены оценки величины средних напряжений, действующих на дислокационные сегменты, и относительных концентраций препятствия разного сорта;
проанализированы трзеїггории движения дислокация через модельный поликристалл при различных напряжениях, размерах поликристалла и критических напряжениях сдвига плоскостей скольжения; получены и проанализированы распределения, характеризующие разориентировку плоскостей скольжения соседних зерен; получены кривые ползучести Б условиях неизменной и разупрочяяющеа ев ходе деформированиям
дефекткоя структура плоскостей скольжения; показана взаимосвязь между потоком дислокаций через выделенное сечение зерен поликристалла и такими факторами, как температура, приложенное напряжение, размер зорон и ориентация плоскостей скольжения в них, плотность скользящкх дислокация, критическое напряжение сдвига іілоскостеа скольжения И Т.Д.;
- проведено сопоставление последовательности элементарных актов деформации, происходящих в виде механического и термоактивэционного движения дислокация в своих плоскостях скольжения к перехода дислокаций з соседние зерна, с, процессом деформирования отдельных зерен поликристалла и скоростью
ПОЛЗуЧеСТИ;
Нахчное и практическое значение результатов работы. Можно надеяться, что приведенные в настоящей раооте новые результаты углубляют напік знания о механизмах деформации металлических материалов и, тем самым, способствуют развитию физики прочности и пластичности.
Новые методики, предложенные в данной работе для проведения компьютерных экспериментов по моделированию движения ансамблей .дислокации чеоез точечные препятствия и моде.шровзния движения дислокаций в поликристаллах, не имеют аналогов среди соответствующих компьютерных моделей как по способу описания известных дислокационных механизмов деформации, так и по логике их реализации в алгоритмах и программах. Кроме того, в компьютерных экспериментах крайне редко рассматриваются полмкристэлличоские оо'екты. Предложенные компьютерные модели позволяют получать качественно новую информацию о механизмах деформации и свойствах изучаемых об'ектов. Их использование значительно расширяет сферу применимости имитационных компьютерных- экспериментов б вопросах изучения и прогнозирования поведения материалов при внешних воздействиях. Это касается и выбора условия внешнего воздействия, '/. перечня материалов, подпадающих под компетенцию методик, и вида испытаний, которые могут имитироваться для получения необходимой информации. Полученные в работе общие данные могут быть распространены на конкретные материалы.
Факт установления сильной корреляционной связи между скоростью радиационной ползучести ' и критическим напряжением сдвига, выраженной в соответствующих количественных зависимостях.
может служить основанием для замены длительных и ансргоомких испытаний облучаемых металлов в режиме ползучести на испытания по активному деформированию.
Основные по-іожзния диссертации. выпсску.ь:е автором на завіту:
1. Методика расчетов деформационных крив!.;х з приближениях
модели "барьерного" тормошения скользящих дислокации; основные
причины и закономерности аномального ; . .уценил дофору;::плош:ь!х
кривых.
2. Обоснование корреляции между скоростью ползучести и
критическим напряжением сдвига сблучасм^х металлов;
соответствующие колтчэстбонкь;о оценки эффзктэ.
3. Компьютерная модель, позволяющая изучать эволюция
дислокационных ансамблей, ДЕИжуазлхся через массивы точечных
препятствий, и результаты, полученные с с-е помощью.
4'. Компьютерная модель движения дислокаций б поликристаллах, учитывающая близкодействующие взаимодействия скользящих дислокации с дефектами решетки и эволюцию дислокационной структуры как внутри зерен, так и в поликристалле з целом. Результаты, полученные с ео помощью.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глаз, выводоз и списка литературы и содержит 228 страниц, 76 рисунков, 5 таблиц и список литературы, включающий 208 наименования.
