Skip to main content
SUPERVISOR
Saleh Akbarzadeh,Mahdi Javanbakht
صالح اکبرزاده (استاد مشاور) مهدی جوان بخت (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ensie Bakhtiari
انسیه بختیاری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396

TITLE

Two dimensional modeling of evolution of edge dislocations in single crystals and bi-crystals under elastic and inelastic strains using phase field method
Dislocations, as one of main structural defects, have an important role to determine materials proprties and behaviors. Indeed, dislocations are the sliding of crystalline planes over each other which result in plastic defermation. Due to their inelastic local strain, they are cucial in structure stress relaxation. Since dislocations are defined at the nanoscale and their evolution occurs in the picosecond scale, their nucleation and evolution are considered in nano structures which have attracted a great attention in researchers. In this research, the nucleation and evolution of edge dislocations are studied in single andi-crystalat the nanoscale using the phase field method. Mechanical loadings consist of inelastic misfit strains and boundary loadings. The dislocation nucleation and evolution are determined by defining proper terms in the Helmholtz energy and minimizing it through the Ginzburg-Landau equation. The present study is indeed the coupled mechanics-phase field problem which is implemented by the FEM method using the COMSOL Multiphysics code. The results of periodic crystalline energy, equivalent geometry and periodic burgers vector models have been analyzed and the appropriate physical model has been obtained for the simulation of parallel slip planes. Various functions are presented for the gradient energy normal to the slip planes ans the results have been compared. Various types of functions for the plastic strain are compared and the appropriate physical model is obtained. The effect of type and order of the FEM discretization is studied. The mathematical model and analytical process are verified by the comparison of the dislocation height and the distance between dislocation cores between the present study and previous models. Various and important problems such as dislocation nucleation and evolution near the martensite lath with different shear and volumetric strains, along A-M sharp and diffuse interface with various thicknesess, in single andi-crystalunder the prescribed displacement and also along inclined slip systems have been studied. Surface and size effect on the dislocation evolution have been studied. The obtained results present comprehensive information for the mathematical modeling and numerical simulation of the dislocation evolution and its interaction with other structural changes. Keywords: dislocations, phase field method, elastic strain, inelastic strain, single crystal, bi-crystals
نابجایی ها، به عنوان یکی از مهم ترین عیوب ساختاری، نقش عمده ای در تعیین خواص و رفتار بسیاری از مواد ایفا می نمایند. نابجایی ها عامل ایجاد تغییر شکل پلاستیک هستند و به دلیل ایجاد کرنش غیر الاستیک محلی، بر نحوه آزاد سازی تنش در ساختار موثرند. با توجه به ابعاد نانومتری نابجایی ها و نیز مرتبه زمانی پیکو ثانیه در تغییرات آن ها، مطالعه پیدایش و رشد آن ها در نانوساختار ها بسیار حائز اهمیت و مورد علاقه محققان است. در این پژوهش، مطالعه پیدایش و رشد نابجایی های لبه ای در تک و دوکریستاله ها در ابعاد نانو با استفاده از روش میدان فاز صورت می گیرد. بارگذاری ها شامل کرنش های غیر الاستیک موضعی و نیز بارگذاری های مرزی است. با تعریف ترم های گوناگون برای انرژی هلمهولتز سیستم و کمینه سازی آن در طول زمان با استفاده از معادله گینزبرگ-لاندا، پیدایش و رشد نابجایی ها تعیین می گردد. در واقع مساله حاضر، مساله کوپل مکانیک-میدان فاز بوده که با روش المان محدود و در نرم افزار کامسول پیاده سازی می گردد. نتایج مدل تناوبی انرژی کریستالی با مدل هندسی معادل و مدل تناوبی بردار برگرز مقایسه و مدل فیزیکی قابل استفاده برای مدل سازی صفحات لغزش موازی تعیین گردیده است. توابع مختلف محتملی برای انرژی گرادیان عمود بر صفحه لغزش ارائه و مقایسه شده اند. انواع تابع کرنش پلاستیک موجود، مقایسه و مدل فیزیکی درست تعیین گردیده است. نوع و دقت مش بندی بررسی شده است. مدل ریاضی و فرآیند عددی با مقایسه ارتفاع نابجایی و نیز فاصله بین آن ها حاصل از مدل فعلی و مدل های قبلی صحت سنجی شده اند. مسائل متنوع و مهمی نظیر پیدایش و رشد نابجایی ها در حضور جزایر مارتنزیتی با کرنش های حجمی و برشی مختلف، در صفحات مشترک فازی تیز و پیوسته با ضخامت های گوناگون، در تک کریستاله و دوکریستاله ها تحت بار مرزی و در سیستم های لغزش مورب مورد مطالعه و شبیه سازی قرار گرفته اند. اثر ابعاد نمونه و هندسه سطح بر نحوه رشد نابجایی ها بررسی شده است. نتایج حاصله، اطلاعات نسبتا جامعی برای مدل سازی ریاضی و شبیه سازی عددی رشد نابجایی ها و بر هم کنش آن ها با دیگر تغییرات ساختاری به دست می دهد. کلمات کلیدی: نابجایی ها، روش میدان فاز، کرنش الاستیک، کرنش غیر الاستیک، تک کریستاله، دوکریستاله

ارتقاء امنیت وب با وف بومی