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有限变形的统一[2]Von-Mises塑性与定量位错力学

Rajat Arora Amit Acharya

我们提出了一个将经典现象学J2和晶体塑性理论与定量位错力学相结合的框架。该理论允许计算任意位错分布的应力场,并结合最小修正的经典(J2和晶体塑性)模型来计算统计位错的塑性应变率,从而得到有限变形中尺度塑性的通用模型。通过解决两个突出的中尺度塑性挑战问题,我们展示了该框架的一些能力:1)恢复实验观察到的金属薄膜在约束简单剪切中的应力-应变行为的幂律标度,这是所有应变梯度塑性模型都高估和无法预测的;2)预测代表有限物体中逐渐密集的位错壁的一系列位错分布的有限变形应力和能量密度场,从宏观上看,这可能出现在多边形化过程中,其结果之一是证明了基于$\Gamma$收敛的当前数学结果对这种物理相关情况的不适用性。我们在这种情况下的计算揭示了一种可能的“相变”行为,可供进一步的理论研究。我们还提供了有限变形理论中由位错引起的体积变化的基本问题的定量解,并显示了有限应变位错力学模型中固有的物体(逆)变形图的解的大量非唯一性,当作为经典有限弹性问题处理时。

论文可在链接中找到Finite_Deformation_Dislocation_Mechanics。

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有限变形位错力学的有限元逼近

我们开发并演示了有限变形静态和动态位错力学的第一个通用计算工具。提出了有限变形(中尺度)场位错力学理论的有限元公式。该模型是经典晶体/J_2塑性的最小增强,从根本上解释了中尺度上的极性/过量位错。它具有在一般边界条件下计算任意形状和弹性各向异性有限体中任意(演化)位错分布的静态和动态有限变形应力场的能力。这种能力用于在有限变形和小变形情况下对螺旋位错和边缘位错进行静态应力场比较,揭示迄今为止意想不到的差异。该计算框架与几何线性和非线性理论对空间均匀位错分布的应力场的截然不同的预测以及理论的其他精确结果进行了验证。并给出了随时间变化的数值的验证试验。尺寸效应在晶体和各向同性版本的理论被证明是模型的自然结果,并通过现有的实验数据进行验证。考虑到惯性效应,在有限变形理论中,当位错以大于材料的线弹性横波速度运动时,证明了(不对称)传播马赫锥的发展。

论文可在链接中找到Finite_Deformation_Dislocation_Mechanics。

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有限变形晶体塑性中位错模式的形成

Rajat Arora Amit Acharya

首次证明了有限变形时晶体塑性中应力位错模式的形成。在相同的数学模型中也证明了尺寸效应。该模型涉及两个超出经典晶体塑性理论要求的额外材料参数。所示的位错微观结构与变形微观结构分离,并且在没有考虑潜在硬化或与交叉滑移相关的本构假设的情况下出现。晶体取向对图案形成和力学响应的影响也得到了证实。值得注意的是,变形梯度的乘法分解的必要性,塑性变形张量,以及在我们的模型中选择参考配置来描述塑性的微观力学,因为它源于位错的存在和运动。

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