Mesoscale simulations of dislocation-obstacle interactions and dislocation avalanches

Julkaisun otsikon käännös: Dislokaatiovyöryjen ja erkaumalujittumisen mallintaminen mesoskaalan simulaatiomenetelmillä

Arttu Lehtinen

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Plastinen deformaatio kiteisissä aineissa perustuu viivamaisten kidevirheiden eli dislokaatioiden liikkeeseen. Tämän vuoksi dislokaatioiden dynamiikka vaikuttaa ratkaisevasti kiteisten aineiden, kuten metallien, mekaanisiin ominaisuuksiin. Viivamaisten dislokaatioiden lisäksi metallit voivat sisältää muita defektejä, jotka estävät dislokaatoiden liikettä johtaen näin metallin lujittumiseen. Muiden defektien ja dislokaatioiden välisten vuorovaikutusten tarkka mallintaminen on siten hyödyllistä kehitettäessä uusia metalliyhdisteitä. Dislokaatioiden keskinäiset vuorovaikutukset perustuvat niiden luomiin epäisotrooppisiin pitkän kantaman jännityskenttiin, jotka syntyvät, kun dislokaatio vääristää ympäröivää kidehilaa. Pitkän kantaman vuorovaikutukset ja kiteen rakenteen aiheuttamat liikerajoitteet johtavat monimutkaiseen kollektiiviseen käytökseen. Puhtaiden kiteiden mikropuristuskokeissa onkin haivattu, että dislokaatioiden kollektiivinen liike tapahtuu purskeittaisesti koostuen vyöryistä. Näiden vyöryjen koko -ja kestojakaumat noudattavat potenssilakeja, joiden tarkan muodon selitykseksi on ehdotettu, että plastinen myötääminen on epätasapainofaasitransitio. Tämä selitys on kuitenkin ristiriidassa kaksiulotteisten diskreettien dislokaatiodynamiikkasimulaatioiden tulosten kanssa. Näiden mukaan dislokaatioiden käyttäytymisessä on lasimaisia piirteitä, jotka ovat tyypillisiä jumiutuneille systeemeille. Tässä väitöskirjassa käytetään numeerisia simulaatiomenetelmiä dislokaatioiden ominaisuuksien tutkimiseen erilaisissa metalleissa. Julkaisussa I mallinnetaan dislokaatoiden vuorovaikutusta epäpuhtaussaostumien eli erkaumien kanssa yhdistämällä eri pituusskaaloissa toimivat simulaatiomenetelmät yhdeksi kokonaiseksi multiskaalamalliksi. Tässä mallissa molekyylidynaamisilla simulaatioilla generoidaan fysikaalisesti perusteltuja syötearvoja diskreettisiin dislokaatiodynamiikkasimulaatioihin. Julkaisussa II multiskaalamallia käytetään säteilytetyn raudan myötölujuuden tutkimukseen. Säteilytetty rauta sisältää dislokaatioiden lisäksi niiden kanssa voimakkaasti vuorovaikuttavia erkaumia ja dislokaatiorenkaita. Osoitamme, että dislokaatiorenkaat ja erkaumat ovat yhtä merkittäviä raudan lujittumisen kannalta silloin, kun molempia esiintyy yhtä suurilla tiheyksillä. Julkaisussa III tutkimme dislokaatiovyöryjä alumiinissa. Vyöryjen statististen ominaisuuksien perusteella päättelemme, että plastinen myötääminen pintakeskeisissä kuutiollisissa kiderakenteissa ei ole epätasapainofaasitransitio, vaan muistuttaa pikemminkin lasimaisissa materiaaleissa esiintyvää kriittistä faasia.
Julkaisun otsikon käännösDislokaatiovyöryjen ja erkaumalujittumisen mallintaminen mesoskaalan simulaatiomenetelmillä
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Alava, Mikko, Vastuuprofessori
  • Laurson, Lasse, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-60-7272-2
Sähköinen ISBN978-952-60-7271-5
TilaJulkaistu - 2017
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

Tutkimusalat

  • dislokaatiot
  • plastinen deformaatio
  • dislokaatiovyöryt
  • erkaumakarkaisu

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Dislokaatiovyöryjen ja erkaumalujittumisen mallintaminen mesoskaalan simulaatiomenetelmillä'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä