Исследование акустопластического эффекта и факторов, его вызывающих, методом ЭВМ моделирования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.07, кандидат физико-математических наук Лосев, Алексей Юрьевич

• Лосев, Алексей Юрьевич
• кандидат физико-математических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Лосев, Алексей Юрьевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АКУСТОПЛАСТИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ. СОВРЕМЕННОЕ

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.

ГЛАВА 2. МОДЕЛЬ И АЛГОРИТМ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПОВЕДЕНИЯ ДИСЛОКАЦИЙ В УЛЬТРАЗВУКОВОМ ПОЛЕ.

2.1. Модель и моделирование поведения дислокационного сегмента.

2.2. Алгоритм моделирования работы источника Франка-Рида в условиях сложного нагружения.

2.3. Алгоритм моделирования прохождения скользящей дислокации через ансамбль колеблющихся лесных дислокаций.

2.4. Алгоритм моделирования поведения ансамбля лесных дислокаций в ультразвуковом поле.

ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ НА АКУСТОПЛАСТИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ

ОСОБЕННОСТЕЙ РАЗМНОЖЕНИЯ ДИСЛОКАЦИЙ В

УСЛОВИЯХ СЛОЖНОНАГРУЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ.

3.1. Моделирование работы источника Франка-Рида в ситуации

3.2. Моделирование работы источника Франка-Рида в ситуации 2.

3.3. Моделирование работы источника Франка-Рида в ситуации 3.

ГЛАВА 4. ПРОХОЖДЕНИЕ СКОЛЬЗЯЩЕЙ ДИСЛОКАЦИИ

ЧЕРЕЗ АНСАМБЛЬ КОЛЕБЛЮЩИХСЯ ЛЕСНЫХ ДИСЛОКАЦИЙ.

4.1. Моделирование процесса движения скользящей дислокации через ансамбль неподвижных дислокаций леса.

4.2. Моделирование процесса движения скользящей дислокации через ансамбль колеблющихся дислокаций леса.

4.3. Эволюция дислокационного леса под действием ультразвука.

4.4. Моделирование процесса движения скользящей дислокации через ансамбль дислокаций леса предварительно обработанный ультразвуком.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование акустопластического эффекта и факторов, его вызывающих, методом ЭВМ моделирования»

Взаимодействие структурных дефектов и полей различной природы относится к фундаментальным проблемам современной физики. Темой данной работы является исследование взаимодействия ультразвукового поля и дефектов кристаллической структуры (акустопластический эффект), установление связи между микропроцессами и макроскопическими свойствами кристаллов в ультразвуковом поле.

Акустопластический эффект, также как и фотопластический эффект, может быть разного знака, т.е. материал может как упрочняться, так и разупрочняться под действием ультразвука. Современные теории акустопластического эффекта, не позволяют однозначно предсказать, что именно произойдет в процессе воздействия ультразвука: упрочнение или разупрочнение. Поэтому выяснение причин и механизмов, вызывающих изменение пластических свойств кристаллов под влиянием высокочастотной вибрации, остается фундаментальной задачей физики конденсированных сред и в то же время имеет большое прикладное значение.

Практическая ценность работы состоит в том, что полученные в ней результаты позволяют предвидеть изменение пластических свойств материалов, подвергающихся высокочастотной вибрации в процессе их эксплуатации, для оценки срока службы, возможности деградации. А также в связи с тем, что в современных технологиях обработки материалов все более широкое применение находит ультразвук, причем как в процессе обработки, например, чтобы достичь высокой пластичности материала непосредственно во время технологического воздействия, так и для придания материалам наперед заданных свойств.

Целью настоящей работы явилось: - детальное исследование процессов, происходящих при воздействии высокочастотных колебаний на дислокационные структуры и пластичность материалов;

- определение режимов нагружения, позволяющих добиться необходимого изменения пластических свойств образца, будь то упрочнение или разупрочнение.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Разработанные модель, алгоритм и методика моделирования процессов движения и размножения дислокаций в условиях, когда дислокации леса совершают вынужденные колебания.

2. Зависимости критического напряжения генерации дислокаций источником Франка-Рида от параметров ультразвука, от плотности и структуры ансамбля дислокаций леса (соотношения дислокаций разного знака).

3. Механизмы, обуславливающие акустопластический эффект, а именно:

- «Спусковой механизм», когда источник срабатывает при постоянной составляющей поля в плоскости источника меньшей чем &кр, за счет сложения амплитуды знакопеременной и постоянной составляющих поля.

-Увеличение в присутствии ультразвукового поля числа источников Франка-Рида, срабатывающих при заданной постоянной составляющей нагрузки, по сравнению с ситуацией, когда знакопеременная составляющая поля напряжения отсутствует.

4. Условия сложного нагружения, в которых генерация дислокаций происходит только в один полупериод ультразвука и накопление дислокаций может происходить без реализации поперечного скольжения.

5. Зависимость числа сработавших источников Франка-Рида от структуры ансамбля лесных дислокаций, а именно от соотношения разноименных дислокаций и их распределения в пространстве.

6. Зависимость знака акустопластического эффекта от соотношения фаз движения лесных и скользящей дислокаций.

7. Расположение дислокаций в ансамбле леса зависит от параметров ультразвука, т.к. он вызывает не только колебательное, но и поступательное движение лесных дислокаций.

8. Колебания дислокаций леса приводят к понижению предела текучести по сравнению с ситуацией, когда лес неподвижен. В отличие от эффекта упрочнения, связанного с неподвижным лесом, который увеличивается с ростом плотности, в случае колеблющегося леса с ростом плотности увеличивается эффект относительной пластификации.

Первая глава данной диссертации посвящена обзору литературы по акустопластическому эффекту. В ней рассматриваются и анализируются результаты современных исследований влияния ультразвука на пластические свойства кристаллов.

Глава вторая содержит описание использованных и разработанных в данной работе моделей и алгоритмов моделирования дислокационных процессов.

В третьей главе рассматривается поведение источника Франка-Рида при различных режимах нагружения.

Глава четвертая содержит результаты моделирования эволюции ансамбля лесных дислокаций под действием ультразвука и процесса прохождения пробной скользящей дислокации через колеблющийся лес.

Заключение диссертации по теме «Физика конденсированного состояния», Лосев, Алексей Юрьевич

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

На основе моделирования генерации дислокаций источником Франка-Рида, в присутствии ультразвукового поля, можно сделать следующие выводы:

1. Наличие ультразвукового поля стимулирует процесс начала размножения дислокаций за счет так называемого эффекта «спускового механизма».

2. Наличие ультразвукового поля приводит к увеличению числа источников Франка-Рида, срабатывающих при заданной постоянной нагрузке.

3. Существуют такие условия нагружения, при которых генерация дислокаций источником происходит только в один полупериод ультразвука, и накопление дислокаций может происходить без реализации поперечного скольжения.

4. В присутствии ультразвукового поля, действующего на лесные дислокации, количество сработавших источников зависит от соотношения дислокаций разного знака и их распределения в пространстве.

5. В случае воздействия ультразвука и на дислокации леса и на скользящую, какой из эффектов пластификация или упрочнение будет наблюдаться, зависит от соотношения фаз колебаний скользящей и закрепляющих дислокаций.

На основе моделирования прохождения пробной краевой дислокации через колеблющийся лес можно сделать следующие выводы:

6. Напряжение, необходимое для преодоления пробной дислокацией модельной площадки, пропорционально -у/р, где р - плотность дислокаций.

Напряжение, необходимое для преодоления модельной площадки, понижается в случае колебания по гармоническому закону дислокаций леса и может достигать 60% от напряжения необходимого в случае неподвижного леса.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Лосев, Алексей Юрьевич, 2005 год

1. Осипьян Ю.А., Ерофеева С.А. Экспериментальные исследования подвижности дислокаций в антимониде индия // ФФТ. 1969. - Т.11. -С. 944-950.

2. Blacha F., Langenecker В. Piastizitats Intersuchungen von Metal Iristal len in Ultrashaifeld // Acta Met. 1960. - Bd. 5. - S. 425-449.

3. Северенко В.П., Скрипниченко А.Л., Тявловский М.Д. Ультразвук и прочность. Минск: Наука и техника, 1979. - 248 с.

4. Е. Schmid G. Plasticity of insonated metals // Japan Jnst. Metals. 1968. -№9.-P. 797.

5. Кулемин A.B. Ультразвук и диффузия в металлах. М.: Металлургия, 1978.- 199 с.

6. Алехин В.П. Физика прочности и пластичности поверхностных слоев материалов. М.: Наука, - 280 с.

7. Тяпунина H.A., Наими Е.К., Зиненкова Г.М. Действие ультразвука на кристаллы с дефектами. М.: Изд-во МГУ, 1999. - 238 с.

8. Подсобляев Д.С. Компьютерное моделирование процесса поперечного скольжения дислокаций при различных режимах нагружения кристаллов: Автореф. дис. . канд. физ.-мат. наук. М.: МГУ, 2003. — 16 с.

9. Лебедев А.Б., Кустов С.Б., Кардашев Б.К. Амплитуднозависимое поглощение ультразвука и акустопластический эффект в процессе активной деформации монокристаллов хлористого натрия // ФТТ. — 1982. Т.24. - С. 3169.

10. Белозерова Э.П., Тяпунина H.A., Швидковский Е.Г. Влияние предварительной деформации и отжига на изотермическое внутреннее трение // Кристаллография. 1963. - Т.8, N2. - С.232-237.

11. П.Белозерова Э.П., Тяпунина H.A. О зарождении дислокаций вкристаллах лития под влиянием высокочастотных вибраций // Кристаллография. 1966. - Т.11, N4. - С.651-655.

12. Svidkovskij E.G., Tjapunina N.A., Belozerova E.P. Le Van Defects of ionic crystals due to ultrasonic irradiation // Acta Cryst. 1966. - V.21, N7. -P.183.

13. Тяпунина H.A. Изменение дислокационной структуры и механических свойств кристаллов под влиянием высокочастотной вибрации: Автореф. дис. . докт. физ.-мат. наук. -М.: МГУ, 1972. 32 с.

14. Инденбом B.JI. Дислокационное описание простейших явлений пластической деформации // Некоторые вопросы физики пластичности кристаллов.-М.:Наука, 1960. -С. 117-158.

15. Лыков A.B. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа. 1967. — 150 с.

16. Кулемин A.B. Ультразвук и диффузия в металлах. — М.: Металлургия, 1978.-280 с.

17. Рязанский В.П. Температурное поле образцов при ультразвуковом усталостном испытании // Физ. и хим. обработки металлов. 1976. -N6. - С. 36.

18. Рязанский В.П. Температурное поле образцов в ультразвуковом поле // Акустический журнал. — 1976. Т.22, N6. - С. 944.

19. Швидковский Е.Г., Дургарян A.A. Зависимость внутреннего трения и модуля Юнга от температуры для некоторых металлов // Научные доклады высшей школы. — 1958. Т. 1, №5. - С.211-216.

20. Шермергор Т.Д., Рязанский В.П., Кулемин A.B. Влияние ультразвукана пластические свойства кристаллов // Физические основы микроэлектроники: Сб. науч. трудов МИЭТ. М., 1988. - С. 28.

21. Кулемин A.B., Чернов В.В. Исследование температуры пластической деформации в Bi и Zn с помощью термопары // Акустический журнал.1974. — Т.20, N4. — С. 159.

22. Платков В.Я. Взаимодействие дислокаций с центрами закрепления в кристаллах КВТ // ФТТ. 1969. - T.l 1, N2. - С. 435.

23. Казанцев В.В., Бадалян В.В. Исследование внутреннего трения в кристаллах Zn // ФММ. 1983. - Т.55, N1. - С. 191.

24. Распределение температуры на поверхности деформируемых ультразвуком кристаллов хлористого натрия по данным тепловидения / Г.М. Зиненкова, Е.В. Пала, H.A. Тяпунина // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 3. Физика. Астрономия. 1989. - Т.ЗО, N4. -С. 69.

25. Беляков В.А., Сонин С.А. Оптика холестерических жидких кристаллов. -М.: Наука, 1982.-180 с.

26. Пала Е.В. Особенности пластического деформирования ультразвуком щелочноголоидных кристаллов: Автореф. дис. . канд. физ.-мат. наук.- М.: МГУ, 1992.-16 с.

27. Стратан И.В., Предводителев А.А. Моделирование процесса движения дислокаций в трехмерном дислокационном ансамбле // ФТТ. — 1970. — Т. 12, N7.-С.2141.

28. Стратан И.В. Исследование движения дислокации в дислокационном ансамбле в кристаллах: Автореф. дис. . канд. физ.-мат. наук. — М.: МГУ, 1971.-18 с.

29. Foreman A.J.E., Makin M.J. Dislocation movement through random array of obstacles // Philosophical magazine. 1966. - V. 14. - P.911.

30. Foreman A.J.E., Makin MJ. Dislocation movement-through random array of obstacles // Canadian journal of physics. 1967. - V.45, N2. - P.511.

31. Kocks U.F. Statical treatment of penetrable obstacles // Canadian journal of physics. 1967. - V.45, N2. - P.737.

32. Kocks U.F. A Statistical theory of flow stress and work hardening // Phil.Mag. 1966. -V.13, N123. -P.541.

33. Зайцев С.И. Моделирование движения дислокаций через точечные препятствия // Дефекты в кристаллах и их моделирование на ЭВМ. — Л.: Наука, 1980.-178 с.

34. Ландау А.И., Выдашенко В.Н. Термоактивированное движение дислокаций через хаотическую сетку точечных препятствий. — Харьков: ФТИНТ АН УССР, 1981. 46 с.

35. Ландау А.И., Выдашенко В.Н. Термоактивированное движение дислокаций через хаотическую сетку точечных препятствий

36. Металлофизика. 1982. - Т.4, N4. - С.З.

37. Ландау А.И. Распределение углов огибания и длин дислокационных сегментов при статическом зависании дислокационной линии на сетке случайно расположенных локальных препятствий // Динамика дислокаций. Киев: Наукова думка, 1975. - 121 с.

38. Labusch R. Statictical theory of dislocation configuration in a random array of points obstacles // Journal of Applied Physics. 1977. - V.48, N11. -P.4550.

39. Формен A., Мэйкин M. Движение дислокаций через хаотические сетки препятствий // Актуальные вопросы теории дислокаций. — М.: Мир, 1968.-258 с.

40. Тяпунина Н.А., Зиненкова Г.М. Взаимодействие элементарных дислокационных ансамблей в процессе скольжения // Элементарные процессы пластической деформации кристаллов. — Киев: Наукова думка, 1978.- 120 с.

41. Предводителев А.А., Ничуговский Г.И. Моделирование движения дислокаций через дислокационный лес // Кристалография. — 1972. -Т. 17, N1. — С.166.

42. Предводителев А.А., Ничуговский Г.И., Веселое В.И. Моделирование движения дислокаций через дислокационный лес // Материаловедение. Воронеж: ВПИ. - 1975. - Вып. 2. - С. 33.

43. Логинов Б.М., Предводителев А.А. Моделирование движения дислокаций через лес гибких и реагирующих дислокаций в кристаллах с гексагональной плотно упакованной решеткой // Физика металлов и металловедение. 1981. - Т. 52, N6. - С. 112.

44. Стратан И.В., Предводителев А.А., Степанова В.М. Движение дислокаций в дислокационном ансамбле // ФТТ. — 1970. Т. 12, N3. — С. 767.

45. Игонин С.И., Предводителев А.А. Особенности работы источниковдислокаций в нерегулярном поле напряжений, создаваемой полосой скольжения // Вестн. Моск. Ун-та. Сер.физ. 1976. - №3. - С. 338-343.

46. Wiedersich H. A quantitative theory for the dislocation multiplication during the early stages of the formation of glide bands // Appl. Phys. 1962. — V.33,N3. - C. 854-858.

47. Моделирование движения дислокаций через ансамбль дислокаций леса и призматических петель в кристаллах с ГПУ решеткой / А.В. Еремеев, Б.М. Логинов, Г.М. Бушуева, Н.А. Тяпунина //Кристаллография. -1986. -Т.31.- С. 715-719.

48. Логинов Б.М. Моделирование прохождения скользящей дислокации через дислокационный лес: Автореф. дис. . докт. физ.-мат. наук. — Киев: Институт проблем материаловедения, 1988. — 16 с.

49. Чернов В.М., Инденбом В.Л. Преодоление дислокацией упругого поля точечных дефектов, как механизм внутреннего трения // Внутреннее трение в металлических материалах. М.: Наука, 1970. - 195 с.

50. Фролова Р.Д., Предводителев А.А., Бушуева Г.В. Моделирование прохождения гибкой скользящей дислокации через ансамбль призматических дислокационных петель // Моделирование на ЭВМ дефектов в кристаллах. Л.: Изд. ЛИЯФ, 1979. - 146 с.

51. Нацик В. Д., Чишко К. А. Динамика и звуковое излучение дислокационного источника Франка-Рида. Харьков: Препринт, ФТИНТ АН УССР, 1976.-7 с.

52. Дубнова Г.Н., Инденбом В.Л., Штольберг А.А. О прогибании дислокационного сегмента и источника Франка-Рида // ФТТ. — 1968. — Т. 10. — С.17-60.

53. Особенности пластической деформации под действием ультразвука / H.A. Тяпунина, В.В. Благовещенский, Г.М. Зиненкова, Ю.А. Ивашкин // Известия вузов. Сер. Физика. 1982. - Т. 7, N6. - С.118.

54. Игонин С.И., Предводителев A.A. Моделирование поведения дислокаций вблизи полос скольжения // Вестник МГУ. Сер. Физика. -1975. —N5. С.588.

55. Предводителев A.A., Игонин С.И. Моделирование на ЭВМ процесса расширения полос скольжения // ФТТ. 1977. - Т. 19. - С.1774.

56. Веселов В.И., Ничуговский Г.И., Предводителев A.A. Моделирование процесса образования полосы скольжения // Изв. вузов. Физика. 1981. — N9. — С. 82.

57. Игонин С.И. Источник Франка-Рида вблизи полосы скольжения: Автореф. дис. канд. физ.-мат. наук. М.: МГУ, 1978. - 16 с.

58. Дефекты в кристаллах и их моделирование на ЭВМ / Под ред. Ю.А. Осипьян. Л.: Наука, 1980. - 215 с.

59. Кульган И.Н., Тяпунина H.A. Поведение дислокационных петель в ультразвуковом поле // ЖТФ. 1994. - Т.64, N2. - С. 105-113.

60. Леготин Д.Л., Бубновская О.В., Тяпунина H.A. Моделирование поведения дислокационных петель в неоднородных полях // Вестник Моск. ун-та. Сер.З. Физика. Астрономия. 1996. — N1. — С.58-64.

61. Бубновская О.В., Леготин Д.Л., Тяпунина H.A. Влияние неоднородных полей напряжения на эволюцию дислокационных петель в ультразвуковом поле // Вестник Моск. ун-та. Сер.З. Физика. Астрономия.-1996. N2. - С.61-65.

62. Предводителев A.A., Ничуговский Г.И., Веселов В.И. Моделирование движения дислокаций через дислокационный лес // Материаловедение. — Воронеж: Изд. Воронежского политехнического института. — 1975. — Вып. 2. С.33-48.

63. Логинов Б.М., Предводителев A.A. Моделирование движения дислокаций через лес гибких дислокаций // Моделирование на ЭВМ дефектов в кристаллах. 1981. - Вып. 2. - С.53-55.

64. Логинов Б.М., Дегтярев В.Т., Тяпунина H.A. Моделирование скольжения дислокаций через дислокационный лес колеблющихся дислокаций в кристаллах с ГПУ структурой // Кристаллография. -1987. Т.32, вып.4. - С.967-971.

65. Дегтярев В.Т. Моделирование процессов прохождения скользящих дислокаций через хаотические ансамбли колеблющихся дислокаций: Автореферат дис. канд. физ.-мат. наук. -М.: МГУ, 1990. — 16 с.