Введение к работе
Актуальность темы работы. Сопротивление движению дислокаций со стороны различных дефектов кристаллической решетки является решающим в вопросах физической теории прочности и пластичности. Дислокационные сетки являются важным классом многомерных структурных нарушений практически неизбежно возникающих в реальных кристаллах в процессе термической и механической обработки. С одной стороны, они могут понижать внутреннюю энергию материала, образуя пространственные поверхности границ субзерен, а, с другой стороны, их взаимодействие с дислокациями может приводить к образованию концентраторов внутренних напряжений и зарождению микротрещин. Исключительная сложность исследования взаимодействия скользящих дислокаций с дислокационными сетками, ввиду большого числа значимых пространственно-геометрических параметров и дальнодействующих полей внутренних напряжений заставляет исследователей прибегать к существенным упрощениям в рассматриваемых моделях, что снижает ценность получаемых результатов, а в ряде случаев приводят к некорректным выводам. В связи с этим, разработка моделей и методов анализа многофакторных физических процессов множественного дислокационного взаимодействия и исследование прохождения скользящих дислокаций через дислокационные сетки представляется актуальной задачей физики конденсированного состояния. В настоящей работе ставилась задача исследования, средствами моделирования, различных аспектов взаимодействия скользящих дислокаций с дислокационными сетками в условиях максимально близких к реальной ситуации в кристаллах.
Целями диссертационной работы являлись:
- построение физических моделей и методик моделирования процессов взаимодействия скользящих дислокаций с дислокационными сетками;
- исследование средствами моделирования процессов
взаимодействия скользящих дислокаций с дислокационными
сетками применительно к ГЦК кристаллам.
Научная новизна работы состоит в следующем:
разработана физическая модель и методика моделирования взаимодействия гибких скользящих дислокаций с дислокационными сетками при точном воспроизведении пространственно-геометрических особенностей и с учетом тонкой структуры полей внутренних напряжений, создаваемых сетками в кристаллах с ГЦК структурой;
для различных значений угла кручения в, применительно к кристаллам с ГЦК структурой, получены возможные наборы устойчивых дислокационных сеток, произведен расчет и сравнительный анализ полей внутренних напряжений, создаваемых различными дислокационными сетками, а так же анализ зависимостей данных полей от значимых геометрических характеристик и параметров;
установлено, что согласованное вычисление вкладов от различных участков дислокационной линии является решающим фактором, при этом оптимальной итерационной процедурой является перемещение опорных точек дислокационных линий пропорционально величинам нескомпенсированных сил;
при строгом учете тонкой пространственной структуры полей внутренних напряжений, создаваемых дислокационными сетками, проведено детальное рассмотрение физического процесса взаимодействия гибких скользящих дислокаций с различными типами дислокационных сеток;
получены основные характеристики физических процессов взаимодействия скользящих дислокаций с дислокационными сетками и проведен анализ их зависимости от пространственно-геометрических параметров системы;
проведен всесторонний анализ возможности использования различных приближений при расчете дислокационных взаимодействий и установлены условия обеспечивающие корректность получаемых результатов при оценке критических напряжений прохождения дислокаций через дислокационные сетки;
установлено, что традиционный критерий Орована оказывается непригодным и критические значения напряжения прохождения в зависимости от начальных условий, определяемых пространственно-геометрическими параметрами системы, могут меняться более чем на два порядка по сравнению со значениями, даваемыми критерием Орована.
Теоретическая и практическая ценность работы состоят в том, что в работе, применительно к кристаллам с ГЦК структурой, разработаны оригинальные методы моделирования и анализа взаимодействия гибких скользящих дислокаций с дислокационными сетками, позволяющие точно учитывать пространственно-геометрические характеристики системы, тонкую структуру полей внутренних напряжений, адекватно воспроизводить гибкие свойства дислокаций и способность гибких дислокаций перемещаться. Практическая ценность работы заключается также в том, что полученные в ней результаты и развитые методы могут быть использованы при дальнейшем развитии физической теории деформационного упрочнения, так как они позволяют точно оценивать проницаемость различных дислокационных ансамблей для скользящих дислокаций, что стимулирует постановку и проведение новых вычислительных и экспериментальных исследований.
Достоверность результатов работы обусловлена корректной постановкой задачи, применением математически обоснованных методов ее решения, сравнением результатов с известными данными.
На защиту выносятся следующие положения:
результаты анализа эффективности применения различных численных методов для вычисления интегралов дислокационного взаимодействия;
методика моделирования физических процессов взаимодействия гибких скользящих дислокаций с дислокационными сетками;
результаты моделирования процесса взаимодействия скользящих дислокаций с дислокационными сетками в кристаллах с ГЦК структурой.
Апробация результатов. Результаты диссертационной работы докладывались на конференциях:
-
Региональных научно-технических конференциях «Наукоемкие технологии в приборо- и машиностроении и развитие инновационной деятельности в вузе» (МГТУ им.Н.Э.Баумана, Москва, 2007, 2008, 2009, 2010);
-
Всероссийских научно-технических конференциях «Наукоёмкие технологии, в приборо- и машиностроении и развитие инновационной деятельности в вузе» (МГТУ им.Н.Э.Баумана, Москва 2007, 2008, 2009, 2010);
Публикации. Тема диссертации отражена в 10 научных работах, в том числе 1 статья в журнале из перечня ВАК.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов и списка цитируемой литературы. Она изложена на 190 страницах текста, содержит 57 рисунков, 7 таблиц, 133 библиографических названий.
