《微納米尺度位錯與晶界相互作用的理論和計算研究》是依託清華大學，由柳占立擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：微納米尺度位錯與晶界相互作用的理論和計算研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：柳占立
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
位錯-晶界作用是控制微納米尺度多晶材料強度和延性的關鍵要素。本項目將從原子、離散位錯、連續介質三個層次研究位錯-晶界相互作用機理，分析其對多晶材料強度和延性的影響。在原子尺度研究單個位錯和界面相互作用機制，確定控制位錯/晶界行為的主要因素，通過粗粒化方法提取位錯和晶界反應的臨界應力及反應後的Burgers矢量信息，用於亞微米尺度離散位錯模擬；在此基礎上發展新的離散位錯模擬方法，準確求解各向異性界面處位錯應力場，根據原子尺度信息處理位錯和晶界的近程相互作用，並通過均勻化理論提取位移和塑性應變間斷等界面參數，作為微米尺度研究的輸入信息；進而在連續介質層次上發展考慮界面效應的高階晶體塑性理論，根據離散位錯輸入信息在界面處提出高階邊界條件描述位錯在界面處的堆積、透射等機理。最後套用擴展有限元來捕捉界面位移、塑性應變間斷，求解高階晶體塑性方程，研究位錯界面相互作用對多晶材料塑性變形影響。
結題摘要
本項目結合原子、離散位錯和連續介質力學理論和方法，建立連續介質位錯-晶界相互作用模型，並套用該模型揭示位錯-晶界作用對晶體材料力學性能影響規律。取得的主要成果包括：（1）發展了大變形離散-連續晶體塑性模型，提出高效高精度的塑性應變局部化方案，準確計算界面鏡像力和滑移系轉動，彌補了現有離散位錯動力學方法的不足。（2）揭示了含塗層界面亞微米單晶柱中截獲位錯密度的演化規律，以及背應力與截獲位錯密度的線性關係；建立了考慮背應力效應和塗層釘扎效應的單臂源開動應力公式，發展了預測含塗層界面單晶柱力學回響的理論模型。（3）從位錯的運動方程出發，建立能夠描述位錯與晶界相互作用的微觀連續介質晶體塑性模型，研究由界面引起的尺寸效應和包辛格效應。發表SCI論文8篇，其中包括固體力學頂級期刊Journal of the Mechanics and Physics of Solids2篇，塑性力學的重要期刊International Journal of Plasticity4篇。研究成果得到了國內外學者的廣泛關注，歐洲材料力學委員會(EMMCC)主席M.G.D. Greers教授認為該項目建立的連續化位錯-晶界相互作用模型：“邁出了從連續介質層次在應變梯度晶體塑性框架下考慮晶界界面力學的第一步，可以自然地考慮晶界處晶體方向的變化，這對處理位錯和晶界相互作用非常重要”。
