位錯滑移模型及其實現(xiàn)方法

《位錯滑移模型及其實現(xiàn)方法》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、萬方數(shù)據(jù)第33卷增刊12013年5月振動、測試與診斷JournalofVibration，Measurement＆DiagnosisV01．33No．SlMay2013位錯滑移模型及其實現(xiàn)方法’鄒曦，高永毅，李學軍，陳立峰(湖南科技大學機械設備健康維護湖南省重點實驗室湘潭，411201)摘要對大量位錯滑移模型及其實現(xiàn)過程進行分析的基礎上，結合各種位錯滑移模型的特點，描述了各模型力學參量的微觀機理，總結了一些具有代表性的位錯滑移模型及其實現(xiàn)過程，為后續(xù)的位錯滑移理論模型的研究提供參考。關鍵詞位錯滑移模型；位錯微觀機制；微觀機理；實現(xiàn)過程中圖分類號TGlll引言位錯在運動過程中

2、所形成的相關結構的動力學特征是決定材料宏觀力學性能的的內在因素，最典型的微觀結構特征是位錯的分布具有空間周期性，即位錯墻，位錯胞等。位錯滑移模型是彈塑性應力場求解的前提與基礎。從19世紀末開始，位錯滑移模型的建立已成為材料科學領域研究的熱點問題之一，并建立了描述不同微觀機制和力學參量的位錯滑移模型。Ewing等[1]在研究金屬的塑性變形時就觀察到了位錯現(xiàn)象，為位錯滑移模型的建立奠定了一定的理論基礎。當時對其機理的研究還是一片空白，對位錯滑移現(xiàn)象的解釋也是非常模糊的。20世紀初期，Love等比1在連續(xù)介質力學中首次引入位錯的概念，提出了連續(xù)介質力學模型，位錯的現(xiàn)象開始逐漸被解

3、釋和研究。1934年，TaylorE3御首次提出刃型位錯的概念，并與晶體塑性變形時的滑移過程聯(lián)系起來，闡明了晶體塑性變形的機理。開始用位錯理論來解釋微觀變形問題，但是在這個時期關于位錯周圍變形場的定量計算問題幾乎完全建立在彈性力學的基礎上。后來，Peierls[51建立了關于簡單立方晶體中刃型位錯的部分離散模型，該模型于1947年得到Nabarrro的發(fā)展，建立了著名的Peierls—Nabarrro位錯模型[6]，這一工作的意義在于突破了彈性力學的范疇，初步處理了位錯芯的應力應變關系。Fore—man等u1在Peierls—Nabarrro位錯模型的基礎上引．國家自然科學

4、基金資助項目(51175172)收稿日期：2012—11—15入一個可以控制位錯寬度的可變因子a，提出一個可使得位錯寬度可變的改進位錯模型。1939年，Burg—ers引入了另一種類型的晶體位錯——螺型位錯，提出了Burgers矢量的概念，指出Burgers矢量的意義在于判斷位錯的類型，能夠反映位錯區(qū)域點陣畸變總累積的大小，表示晶體滑移的方向和大小，推導了著名的Burgers公式口]。這些模型為位錯滑移模型研究和微觀機理的解釋奠定了基礎。位錯理論發(fā)展至今，大量的學者在上述位錯模型的基礎上，建立起了描述不同微觀機制和力學參量的位錯滑移模型，其目的都是希望運用位錯滑移模型來解釋

5、和描述微觀機理以及它的動力學特性。位錯滑移模型的實現(xiàn)方法是位錯滑移模型建立不可或缺的一環(huán)；因此，怎樣實現(xiàn)位錯滑移模型的變形過程，運用什么樣的方法得到模型的動力學特性，這些方法的運用能夠帶來哪些好處和有價值的成果，是現(xiàn)在研究需要解決的問題之一。筆者歸納總結了不同位錯滑移模型及其實現(xiàn)過程，介紹了它們各自具有的優(yōu)點，也得到了一些有價值的結果。1基于位錯連續(xù)分布理論和協(xié)同學原理建立動力學模型為了描述金屬的塑性變形，20世紀80年代初，Nix等嘲提出了位錯組合模型，把高位錯密度區(qū)和地位錯密度區(qū)看成兩種具有不同性質的材料，認為在各自區(qū)域內的位錯是均勻分布的。這為位錯動力萬方數(shù)據(jù)增刊1鄒

6、曦，等：位錯滑移模型及其實現(xiàn)方法87學模型的發(fā)展奠定了基礎，但是這兩個模型并沒有考慮位錯胞尺寸的變化，不能解釋位錯胞的產生和發(fā)展。Gittus等[10]建立了位錯胞尺寸模型，利用建立在平衡熱力學基礎上的自由能極小原理，初步解釋了位錯胞的產生和發(fā)展，但塑性變形過程是非平衡不可逆的過程；因此，高維林等利用建立在非平衡熱力學基礎上的耗散結構和協(xié)同學原理論建立了一個位錯動力學模型[1¨。該模型解決了傳統(tǒng)位錯理論只能處理單個位錯和簡單排列的位錯群的問題，分析和模擬了恒速變形和靜態(tài)回復過程中位錯組態(tài)演化過程及相應應力一應變曲線和靜態(tài)回復曲線，著重闡明了位錯胞的形成和發(fā)展，建立了一個發(fā)生

7、再結晶的臨界判據(jù)。2模擬位錯斑圖形成的元胞自動機一分子動力學模型晶體材料在變形過程中，位錯會呈現(xiàn)出錯綜復雜的斑圖形式。為了從機理上解釋這些斑圖產生的原因以及變化，從20世紀80年代開始就提出了各種解析模型。1970年初，Holt提出不可逆動力學模型。1982年，Kulhman—Wilsdorf等Eza]提出低能量位錯模型。1985年，Walgraef等提出反應擴散等模型。1996年，Hahner[131提出概率性位錯動力學模型。這些模型為解釋位錯斑圖現(xiàn)象的產生和變化過程作出了貢獻，但是盡管這些解析模型能在一定假設的