_型裂紋尖端塑性區(qū)和無(wú)位錯(cuò)區(qū)及其對(duì)裂紋擴(kuò)展影響

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1、第卷第期材料研究學(xué)報(bào)年月型裂紋尖端塑性區(qū)和無(wú)位錯(cuò)區(qū)及其對(duì)裂紋擴(kuò)展的影響錢才富李慧芳崔文勇北京化工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院北京互作用模擬了,摘要用裂紋與位錯(cuò)的相刃型位錯(cuò)從型裂紋尖端沿多個(gè)滑移面的發(fā)射得到了裂紋尖端周圍塑性區(qū)和無(wú)位錯(cuò)區(qū)的形狀,,和大小結(jié)果表明與宏觀斷裂力學(xué)算出的塑性區(qū)形狀相比本文給出的塑性區(qū)向裂紋前方傾斜無(wú)位錯(cuò)區(qū)的形狀與塑性區(qū),當(dāng)存在明,,的相似以應(yīng)變能密度因子理論為判據(jù)顯的無(wú)位錯(cuò)區(qū)時(shí)塑性區(qū)使裂紋擴(kuò)展的潛力下降但擴(kuò)展方向不變而當(dāng)塑性區(qū)、充分發(fā)展無(wú)位錯(cuò)區(qū)的作用減小或消失后,裂紋擴(kuò)展的方向可能發(fā)生變化學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科,,裂關(guān)鍵詞材料科位錯(cuò)發(fā)射塑性區(qū)無(wú)位錯(cuò)區(qū)

2、紋擴(kuò)展一一分類號(hào)刀文章編號(hào)住,一認(rèn)他。夕老夕。,。勺流饑叩,叮夕忍一,,,一膽,一卜一卜,卜,一,,卜卜一,,日,一,在外加應(yīng)力作用下,裂紋尖端附近的材料會(huì)發(fā)生紋位錯(cuò)模型并研究了裂紋周邊位錯(cuò)的連續(xù)分布這,,圖,屈服說(shuō)明裂紋前端存在塑性區(qū)有位錯(cuò)的產(chǎn)生和運(yùn)個(gè)模型后來(lái)被和改進(jìn)使之能包括裂,紋尖端可能存在的無(wú)位錯(cuò)動(dòng)因此關(guān)于裂紋和位錯(cuò)相互作用的研究受到了普區(qū)和采用離散‘遍的關(guān)注自從利用透射電鏡觀察到位錯(cuò)從位錯(cuò)模型并應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬了裂紋尖端無(wú)位錯(cuò)區(qū)的,存在裂紋尖端的發(fā)射和裂尖無(wú)位錯(cuò)區(qū)的存在后許多學(xué)者和則采用連續(xù)位錯(cuò)模型研也采用不同的材料進(jìn)行了位錯(cuò)發(fā)射的透射電鏡觀

3、察究了這個(gè)問(wèn)題隨后,許多學(xué)者’一‘“也針對(duì)不同的卜,等同首先提出了裂在理論和模擬方面情形模擬了位錯(cuò)從裂尖的發(fā)射或計(jì)算了位錯(cuò)與裂紋的相互作用。國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目關(guān)于裂紋前端塑性區(qū)的形狀和大小比較典型的年月日收到初稿是從宏觀斷裂力學(xué)的角度按或腸屈,本文聯(lián)系人錢才富教授服準(zhǔn)則確定裂紋塑性區(qū)形狀‘“,錢才富從微觀斷裂材料研究學(xué)報(bào)卷‘“力學(xué)的角度進(jìn)行了計(jì)算裂紋前端塑性區(qū)和無(wú)位,甚錯(cuò)區(qū)的存在和性質(zhì)決定著裂紋的擴(kuò)展行為至決定,它是著材料的韌脆性能特別是無(wú)位錯(cuò)區(qū)一個(gè)高畸,是微裂紋產(chǎn)生和主裂紋擴(kuò)展所變的異常彈性區(qū)必須‘一‘經(jīng)過(guò)的過(guò)程區(qū)褚武揚(yáng)等對(duì)多種韌性和脆性材料

4、在下進(jìn)行了大量原位拉伸實(shí)驗(yàn),觀察到了納米級(jí)裂紋在主裂紋尖端的無(wú)位錯(cuò)區(qū)內(nèi)形核和長(zhǎng)大”以及與主裂紋匯合的過(guò)程楊衛(wèi)和錢才富即分別采用有限元法和離散位錯(cuò)模型計(jì)算了發(fā)射位錯(cuò)后缺口前端的應(yīng)力分布發(fā),一個(gè)現(xiàn)存在兩個(gè)應(yīng)力峰值,口頂,另處在缺端一個(gè)在無(wú)位錯(cuò)區(qū)內(nèi)它們有可能等于圖裂紋及其通過(guò)裂尖的多滑移面關(guān)于裂紋的擴(kuò)展目前主要有最大周向應(yīng)力理一一論、能量釋放率理論和應(yīng)變能密度因子理論這些理,沒(méi)有考慮裂紋前端塑性論都是基于脆性斷裂區(qū)的影響那么,有了塑性區(qū),主裂紋擴(kuò)展的方向是否會(huì)發(fā)生改變裂紋擴(kuò)展的潛力叫是否有所改變本文以應(yīng)變能密度因子為判據(jù)研究這些問(wèn)題位錯(cuò)從裂紋尖端的發(fā)射在實(shí)

5、際晶體中裂紋的周圍存在多個(gè)晶面為便于,本文假定在晶體中存在,并有模擬一半無(wú)限大裂紋,個(gè)能夠成為位錯(cuò)滑移面的晶面穿過(guò)裂紋尖端這圖裂紋一位錯(cuò)坐標(biāo)系些滑移面的傾斜角也就是滑移面與裂紋面的夾角一設(shè)為一,司隔為圖。。,,,當(dāng)外加應(yīng)力強(qiáng)度因子十工超過(guò)位錯(cuò)發(fā)于矢量模為叻乙價(jià)位于價(jià)或射的臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子后位錯(cuò)就沿滑移面從裂紋,訓(xùn)的單個(gè)位錯(cuò)圖,半無(wú)限長(zhǎng)裂紋中像位錯(cuò)沿尖端發(fā)射出來(lái)假定所有的位錯(cuò)均為,對(duì)和、方向的分布為刃型位錯(cuò)‘、,一必功勸一一勸勸一‘凡一齋六普告號(hào)‘、勸一、砂一‘幼一。一‘少砂一叻凡司一齋六晉答告,二拜,。當(dāng)裂尖發(fā)出多個(gè)位錯(cuò)后其中一刁其中拜為剪切彈性模量

6、為第個(gè)位錯(cuò)所受的沿滑幾,移面的滑移力大由三部分組成即泊松比第三部分大。來(lái)源于已發(fā)射出的其它位藝。并。,。關(guān)一人,藝錯(cuò)及其像位錯(cuò)的互作用力其中為裂尖發(fā)出的位錯(cuò)數(shù)。上式右邊第一部分去為在外力作用下裂紋周圍的人。八乙「叻、諾萬(wàn)滬,應(yīng)力,。亡了、、,。少妙刀。,二十二。二,,二。二二,‘“其中盡盡且二。一、。尸令架擬其中為外加的型應(yīng)力強(qiáng)度因子第二部分一,品刃二爺黔迎,為該位錯(cuò)的像力氏。二一架泣,乙黯。,、一鯉寒黔井迪絲期錢才富等型裂紋尖端塑性區(qū)和無(wú)位錯(cuò)區(qū)及其對(duì)裂紋擴(kuò)展的影響介,,位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)需要克服晶格摩擦力勺為材料性區(qū)有些前傾裂紋前方兩側(cè)的塑性變形較大這種的

7、剪切屈服應(yīng)力,因此當(dāng)州三乙勺時(shí),位錯(cuò)乞處于塑性區(qū)形狀與實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加接近即乞,,,對(duì),平衡狀態(tài)所有位錯(cuò)?的平衡方程構(gòu)成于無(wú)位錯(cuò)區(qū)的大小和位錯(cuò)的反塞集可用滑移,,一組非線性方程組很難求出解析解但可求出數(shù)值面上離裂尖最近位錯(cuò)到裂尖的距離與它到相鄰一之一·、解各位錯(cuò)的平衡位置可由如下方法求得假設(shè)在恒位錯(cuò)距離由比孝壇來(lái)表征越,無(wú)位錯(cuò),定的外加應(yīng)力強(qiáng)度因子作用下裂紋前端已有大區(qū)越明顯而反塞集就越不明顯圖為,士“,個(gè)位錯(cuò)處于平衡狀態(tài)在離裂尖拭它等于位錯(cuò)芯滑移面上的計(jì)算結(jié)果圖表明隨著位錯(cuò)的,,己,,半徑的位置上放置一新位錯(cuò)第十個(gè)若這個(gè)新發(fā)射逐漸減小這意味著無(wú)位錯(cuò)區(qū)越

8、來(lái)越小,它將離開(kāi)裂尖向無(wú)位錯(cuò)位錯(cuò)所受的滑移力大于晶格摩擦力區(qū)外的反塞集越來(lái)越嚴(yán)重物理上則是隨著塑,性變形的不