Движение дислокации под действием ультразвука в неоднородном по пространству поле напряжений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.07, кандидат физико-математических наук Силис, Мария Ильинична

• Силис, Мария Ильинична
• кандидат физико-математических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Силис, Мария Ильинична

Введение.

Глава 1. Роль поперечного скольжения в процессе движения дислокации в реальных кристаллах (Обзор литературы).

1.1.Роль поперечного скольжения в преодолении дислокациями препятствий.

1.2.Роль поперечного скольжения в процессах размножения дислокаций.

1.3.Моделирование поперечного скольжения.

1.3.1. Модель Видерзиха.

1.3.2. Моделирование движения дислокации с учетом дальнодействующих полей апряжений.

1.3.3. Моделирование поведения дислокаций при знакопеременном нагружении.

1.4.Постановка задачи.

Глава 2. Движение винтовой дислокации с учетом ее поперечного скольжения в поле одноименной с ней винтовой дислокации

Модель и алгоритм).

2.1.Объект исследования.

2.2.Условия перехода винтовой дислокации из основной плоскости скольжения в поперечную.

2.3.Возможные начальные положения пробной дислокации относительно задающей и выбор диапазона величин внешней нагрузки.

2.4.Модель и алгоритм ЭВМ моделирования движения пробной дислокации в неоднородном поле.

Глава 3. Движение дислокации в ультразвуковом поле.

Глава 4. Движение винтовой дислокации под действием ультразвука в неоднородном по пространству поле напряжений.

4.1 .Особенности движения дислокации при о° и 6, принадлежащих зоне I диаграммы а°-6.

4.2,Особенности движения дислокации при о° и 6, принадлежащих зоне II диаграммы а°-6.

4,З.Особенности движения дислокации при ст° и в, принадлежащих зоне III диаграммы а°-в.

4.4.0собенности движения дислокации при <т° и 0, принадлежащих зоне IV диаграммы <т°-6.

4.5.3ависимость формы и размера стартовых областей от частоты ультразвука и коэффициента динамической вязкости.

4.6.Сравнение особенностей движения дислокации только в ультразвуковом поле и в присутствии неподвижной дислокации.

Глава 5. Высоты выброса дислокации в результате поперечного скольжения.

5.1.Высоты выброса винтовой дислокации при одном ультразвуковом воздействии.

5.2.Высоты выброса винтовой дислокации под действием ультразвука в неоднородном по пространству поле напряжений.

5.3.Суммарный выброс винтовой дислокации под действием ультразвука в неоднородном по пространству поле напряжений.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Движение дислокации под действием ультразвука в неоднородном по пространству поле напряжений»

К числу фундаментальных проблем физики твердого тела относится установление связи между макроскопическими характеристиками материалов, их структурно-чувствительными свойствами и микропроцессами и дефектами кристаллической структуры. Свойства кристаллов зависят не только от концентрации дефектов, но и от характера их движения и взаимодействия. При различных внешних воздействиях характер движения и взаимодействия дефектов может меняться, следствием чего может являться изменение физических свойств кристаллов. Воздействуя на кристалл различными полями, можно целенаправленно изменять систему его структурных дефектов, а, следовательно, и его физические свойства, что важно для прикладных целей и является одной из основных задач современного материаловедения. Одним из таких воздействий, широко использующихся на практике, является ультразвук. Ультразвуковое воздействие дает возможность изменять свойства кристаллов, меняя в широком интервале плотность дислокаций и обусловливая формирование особых дислокационных структур, не создающих в кристалле дальнодействующих полей напряжений. При ультразвуковом воздействии важную роль играет процесс поперечного скольжения дислокаций, поскольку в его отсутствие невозможно эффективное размножение дислокаций.

Происходящие в кристаллах процессы изменения структурных дефектов, как правило, не линейны, что определяет сложность их аналитического описания и требует численного решения соответствующих задач.

Целью данной работы являлось исследование методом ЭВМ-моделирования процесса движения дислокации с учетом поперечного скольжения под действием ультразвука в неоднородном по пространству поле упругих напряжений при различных параметрах задачи (частотах и амплитудах ультразвука, ориентациях образцов относительно направления ультразвуковой волны и др.).

На примере щелочно-галоидных кристаллов впервые исследован процесс поперечного скольжения дислокаций в неоднородном по пространству поле напряжений, в широком интервале кристаллографических ориентаций образцов относительно направления ультразвуковой волны и амплитуд ультразвука вплоть до критической, при которой начинается размножение дислокаций.

Определены типы траекторий, законы движения дислокаций и высоты выброса дислокации (расстояния проходимые дислокацией по плоскости поперечного скольжения).

Впервые установлена зависимость типов траекторий от амплитуды напряжения ультразвука (ст°) и кристаллографической ориентации образца относительно направления ультразвуковых колебаний, характеризуемого углом 0.

Впервые для всего множества значений и 6 установлены размеры и формы областей ("стартовых областей"), начиная движение из которых дислокация имеет однотипные траектории в первый период ультразвука.

Показано, что обратимые при ультразвуковом воздействии деформации в присутствии неоднородного по пространству поля упругих напряжений становятся необратимыми.

Тема данных исследований относится к одной из фундаментальных проблем физики твердого тела - проблеме влияния различных полей на физические свойства кристаллов. Приведенные в диссертации данные важны для более глубокого понимания причин и микромеханизмов изменения физических свойств кристаллов под действием ультразвука. Результаты могут быть использованы и для прикладных целей, например, для прогнозирования поведения материалов, подвергающихся вибрационным нагрузкам.

Положения выносимые на защиту:

1. Модернизированный метод моделирования на ЭВМ процесса движения дислокаций, с учетом поперечного скольжения под действием ультразвука в неоднородном по пространству поле упругих напряжений при длительном ультразвуковом воздействии.

2. Результаты исследования процесса поперечного скольжения дислокации в зависимости от параметров ультразвука и коэффициента динамической вязкости для кристаллов Л/аС/ различной кристаллографической ориентации.

3.Типы траекторий дислокаций и их зависимости от параметров ультразвука, кристаллографической ориентации образца и стартовых координат дислокации.

4.Поперечное скольжение возможно при старте дислокации только из определенных областей пространства, форма, размер и расположение которых зависят от параметров ультразвука, кристаллографической ориентации образца и коэффициента динамической вязкости.

5.3ависимости высот выброса по плоскостям поперечного скольжения от амплитуды напряжения и частоты ультразвука, кристаллографической ориентации образца, коэффициента динамической вязкости.

Заключение диссертации по теме «Физика конденсированного состояния», Силис, Мария Ильинична

Заключение

В диссертационной работе проведено исследование процесса движения дислокации, с учетом поперечного скольжения, под действием ультразвука в неоднородном по пространству поле напряжений применительно к кристаллам Л/аС/ для всевозможных значений кристаллографических ориентаций образца и в широком интервале амплитуд ультразвука. Исследование проводилось методом ЭВМ-моделирования. В результате был детально описан процесс движения винтовой дислокации под действием ультразвука в поле одноименной с ней неподвижной дислокации.

На основании полученных результатов можно сделать следующие выводы:

1. Установлены закономерности поведения дислокации в ультразвуковом поле и при совместном воздействии ультразвука и неоднородного по пространству поля упругих напряжений, создаваемых винтовой дислокацией на примере кристалла Л/аС/, когда плоскостями скольжения являются плоскости (011) и (100).

2. Показано, что в ультразвуковом поле тип траектории дислокации зависит от амплитуды ультразвука а° и ориентации образца, характеризуемой углом 6, и не зависит от стартовых координат дислокации. В соответствии с типами траекторий дислокации все множество значений а° и 0 делится на 4 зоны. Поперечное скольжение возможно только в одной из этих зон. Механическая дислокационная деформация при этом обратима.

3. Показано, что наличие при ультразвуковом воздействии неоднородного по пространству поля напряжений приводит к тому, что поперечное скольжение имеет место при всех амплитудах ультразвука и ориентациях образца, то есть при а° и 0 из всех 4-х зон.

4. Выявлено, что в переменном во времени и неоднородном по пространству поле напряжений тип траектории дислокации зависит не только от амплитуды ультразвука и кристаллографической ориентации образца, но и от стартовых координат дислокации.

5. Показано, что все множество начальных положений дислокации можно разделить на области (стартовые области), при старте из которых дислокация в первый период ультразвука будет иметь однотипные траектории. Построены карты стартовых областей.

6. Рассчитаны высоты «выбросов» дислокации в плоскостях поперечного скольжения и установлены их зависимости от амплитуды ультразвука, кристаллографической ориентации образца и стартовых координат дислокации.

7. Наличие неоднородного по пространству поля упругих напряжений приводит к тому, что деформация кристалла при ультразвуковом воздействии становится необратимой.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Силис, Мария Ильинична, 2004 год

1. Koehier J.S., Phys. Rev. 1952, 86, N 1, p.52.

2. Orovan E. Dislocations and Mechanical Properties. In: Dislocations in Metals. Ed. by M. Cohen. New York, 1954, p.69.

3. Basset G.A. Phil. Mag., 1958, v.3, №33, p.1042.

4. Johnston W.G., Gilman J.J. J.Appl.Phys. 1960, V.31, P.632.

5. Appel F., Messerschmidt U., Smidt V. et. al. Mater. Sci. and Eng. 1982, V.56, p.211.

6. Тяпунина H.A., Благовещенский В.В., Зиненкова Г.М. Деп. Рукопись. ВИНИТИ, №3769-83. Деп. 1983

7. Предводителев А.А. В сб.: «Физика деформационного упрочнения монокристаллов», Киев, 1972, С.74

8. Li J.C.M. J.Appl.Phys., 1961, v.32, N 6, р.593.

9. Loh В.Т.М. In: Proc. Internat. Conf. on the Strength of Metals and Alloys, Senday, 1968, p. 13.

10. Игонин С.И., Предводителев А.А. Вестник МГУ, физика, 1975, N5, С.588.

11. Ничуговский Г.И., Веселов В.И., Бушуева Г.В. Изв. вузов, физика, 1988, N12, С.68.

12. Малыгин Г.А. ФТТ, 1995, V.37, N 1, С.З.

13. Предводителев А.А., Игонин С.И. ФТТ, 1977, 19, N9, С.1774.

14. Игонин С.И. Автореферат кандидатской диссертации, МГУ, 1979.

15. Тяпунина Н.А., Благовещенский В.В., Зиненкова Г.М., Ивашкин Ю.А. Известия ВУЗов, физика, 1982, №6, С.118

16. Благовещенский В.В., Тяпунина Н.А. ДАН СССР. 1980. Т.254. №4. С.869.

17. Благовещенский В.В., Тяпунина H.A. Материаловедение, 2001, № 8, С.2.

18. Благовещенский В.В., Тяпунина H.A. Материаловедение, 2001, № 10, с.2.

19. Tyapunina N.A., Blagoveshchensk» V.V. Phys. Stat. Sol.(a). 1982. V.69. P.77.

20. Тяпунина H.A., Наими E.K., Зиненкова Г.М. Действие ультразвука на кристаллы с дефектами. М., Изд-во Моск. Ун-та, 1999. 238 с.

21. Предводителев A.A., Бушуева Г.В., Полисар Л.М. Дефекты в кристаллах и их моделирование на ЭВМ. Л.: Наука, 1980, С. 192.

22. Бушуева Г.В. Эволюция дефектной структуры кристаллов. (Моделирование на ЭВМ) Л., изд. ФТИ им. А,Ф, Иоффе, 1984, С.4.

23. Предводителев A.A., Тяпунина H.A., Зиненкова Г.М., Бушуева Г.В. Физика кристаллов с дефектами. М., Изд-во Моск. Ун-та, 1986, 240 с.

24. Wiedersich Н. J. AppL Phys., 1962, 33, N 3, р.854.

25. Ничуговский Г.И., Веселов В.И., Александров И.А. Феноменологическое описание процесса развития дислокационной структуры полосы скольжения на начальной стадии. Деп. ВИНИТИ, № 6570, 1986.

26. Веселое В.И., Ничуговский Г.И. Кинетика процесса размножения дислокаций вблизи поверхности кристалла. Деп. ВИНИТИ, № 1838, 1983, 30 С.

27. Веселов В.И., Ничуговский Г.И., Предводителев A.A. Известия ВУЗов, физика, 1981, №9, С.82.

28. Веселов В.И., Ничуговский Г.И., Предводителев A.A. Известия ВУЗов, физика, 1983, №1, С.65.

29. Нацик В.Д., Чишко К.А. ФТТ. 1975. Т.17, № 1. С.342.

30. Предводителев A.A. В сб.: «Динамика дислокаций», Киев, Наукова думка, 1975, С. 178.

31. A.M. Косевич. УФН., 1964, Т.84, №4, С.579.

32. Yokobory Т., Yokobory А.Т., Kamei A. Phil. Mag. 1974, V.30, р.367.

33. Нацик В.Д., Чишко К.А. Физика конденсированного состояния. Вып.33. Харьков, 1974. С.44.

34. Нацик В.Д., Чишко К.А. Динамика и звуковое излучение дислокационного источника Франка-Рида.П. Препринт ФТИНТ АН УССР. Харьков, 1976.

35. Леготин Д.Л., Тяпунина H.A. ЖТФ. 1994. Т.64. С.105

36. Мотт Н. Дислокации и механические свойства кристаллов. М. ИЛ. 1960. С.321

37. Благовещенский В. В., Леготин Д. Л., Тяпунина H.A. Материаловедение. 2002, №6, С.2.

38. Атта А., Благовещенский В.В., Зиненкова Г.М., Тяпунина H.A. ФММ, 1982, Т.54, С.347.

39. Зиненкова Г.М., Лихушин Ю.Б., Тяпунина H.A. Изв. АН СССР. 1984, Т.48, №2, С.250.

40. Белозерова Э.П., Благовещенский В.В., Зиненкова Г.М., Тяпунина H.A., Светашов A.A. Изв. Вузов. Физика. 1984, № 3, С.52.

41. Тяпунина H.A., Наими E.K. Вест. Моск. ун-та. Сер. Физика. Астрономия. 1976. № 3. С.313.

42. Подсобляев Д.С. Автореферат кандидатской диссертации, МГУ, 1999г.

43. Предводителев A.A. В сб.: «Динамика дислокаций», Харьков, 1968, С.311.

44. Московская Т.А., Предводителев A.A., Захарова М.В. В сб.: «Взаимодействие между дислокациями и атомами примесей и свойства металлов», Тула, 1974, С.71.

45. Московская Т.А., Предводителев A.A., Захарова М.В. Известия ВУЗов, 1973, №8, С. 153.

46. Предводителев A.A., Степанова В.М., Носова H.A., «Кристаллография», 1966, №11, С.632.

47. Предводителев A.A., Ракова Н.К., Нан Хун-бинь, «Физика твердого тела», 1967, №9, С.300.

48. Степанов A.B., Милькаманович Е.А., ЖЭТФ, 1948, Т.18, С.769.

49. Stunk Н. Phys. Stat. Sol. (а), 1975, V.28, p. 119.

50. Степанов A.B., Бобриков В.П.ЖТФ, 1956, Т.26, С.795.

51. Хирт Д., Лоте И. Теория дислокаций, М, 1972, 599 с.

52. A.M. Косевич. Дислокации в теории упругости. Киев, Наукова думка, 1978.