Preview

Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск

Моделирование процесса залечивания пор цилиндрической формы под воздействием ударных волн в кристалле, подвергнутом сдвиговой деформации

https://doi.org/10.17073/0368-0797-2021-6-427-434

Полный текст:

Аннотация

Объемные дефекты в кристаллах ухудшают эксплуатационные свойства конструкционных материалов, поэтому проблема уменьшения количества несплошностей в твердом теле является одной из важнейших в современном материаловедении. Изложены результаты компьютерного моделирования. Возможно схлопывание пор в кристалле, пребывающем в состоянии сдвиговой деформации, под воздействием ударных волн. Подобные волны могут возникать в твердом теле при внешнем высокоинтенсивном воздействии. Например, в зоне распространения каскада смещений существуют области, в которых имеется несоответствие времен термализации атомных колебаний и отвода от них тепла. В результате расширения такой области возникает ударная послекаскадная волна. Моделирование проведено по методу молекулярной динамики с использованием потенциала, рассчитанного в рамках метода погруженного атома. В качестве объемного дефекта рассмотрены протяженные поры цилиндрической формы, которые могут формироваться после прохождения через кристалл высокоэнергетических ионов или при выходе на поверхность перегретых замкнутых включений жидкости (маточного раст­вора). Исследования показали, что подобного рода дефекты являются источником гетерогенного зарождения дислокационных петель, способствующих снижению касательных напряжений в моделируемой структуре. Установлены зависимости средней плотности дислокаций от угла сдвига и температуры расчетной ячейки, выполнена оценка скорости роста петель. Генерируемые ударные волны создают дополнительные касательные напряжения, способствующие образованию дислокационных петель, поэтому в таком случае наблюдаются дислокации даже при малой сдвиговой деформации. Если в ходе моделирования увеличивается тепловое воздействие, то осуществляется схлопывание поры.

Об авторах

А. В. Маркидонов
Сибирский государственный индустриальный университет; Новокузнецкий институт (филиал) Кемеровского государственного университета
Россия

Артем Владимирович Маркидонов, д.ф.-м.н., доцент кафедры естественнонаучных дисциплин имени проф. В.М. Финкеля; заведующий кафедрой информатики и вычислительной техники им.  В.К.  Буторина

654007, Кемеровская обл. – Кузбасс, Новокузнецк, ул. Кирова, 42

654041, Кемеровская обл. – Кузбасс, Новокузнецк, ул. Циолковского, 23



М. Д. Старостенков
Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова
Россия

Михаил Дмитриевич Старостенков, д.ф.-м.н., заведующий кафедрой физики

656038, Алтайский край, Барнаул, пр. Ленина,  46



Д. А. Лубяной
Филиал Кузбасского государственного технического университета им. Т.Ф. Горбачева в г. Прокопьевск
Россия

Дмитрий Анатольевич Лубяной, к.т.н, доцент кафедры технологии и комплексной механизации горных работ

653039, Кемеровская обл. – Кузбасс, Прокопьевск, ул. Ноградская, 32



П. В. Захаров
Алтайский государственный гуманитарно-педагогический университет им. В.М. Шукшина
Россия

Павел Васильевич Захаров, д.ф.-м.н., профессор кафедры математики, физики, информатики

659333, Алтайский край, Бийск, ул. Короленко, 53



В. Н. Липунов
Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова
Россия

Вячеслав Николаевич Липунов, аспирант кафедры физики

656038, Алтайский край, Барнаул, пр. Ленина,  46



Список литературы

1. Бетехтин В.И. Пористость и механические свойства твердых тел // Вестник Томского государственного университета. 1998. Т. 3. № 3. С. 209–210.

2. Ovchinnikov V.V. Radiation-dynamic effects. Potential for producing condensed media with unique properties and structural states // Physics-Uspekhi. 2008. Vol. 51. No. 9. P. 955–964. http://dx.doi.org/10.1070/PU2008v051n09ABEH006609

3. Calder A.F., Bacon D.J., Barashev A.V., Osetsky Yu.N. On the origin of large interstitial clusters in displacement cascades // Philosophical Magazine. 2010. Vol. 90. No. 7-8. P. 863–884. https://doi.org/10.1080/14786430903117141

4. Кривцов А.М. Описание пластических эффектов при молекулярно-динамическом моделировании откольного разрушения // Физика твердого тела. 2004. Т. 46. № 6. С. 1025–1030.

5. Зольников К.П., Корчуганов А.В., Крыжевич Д.С., Чернов В.М., Псахье С.Г. Ударные волны в металлических кристаллитах при радиационном воздействии // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Термоядерный синтез». 2015. Т. 38. № 2. С. 68–74.

6. Маркидонов А.В., Старостенков М.Д., Павловская Е.П., ЯшинА.В., Полетаев Г.М. Низкотемпературное растворение поры вблизи поверхности кристалла под воздействием ударных волн// Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2013. Т. 10. № 2. С. 254–260.

7. Маркидонов А.В., Старостенков М.Д., Павловская Е.П., ЯшинА.В., Медведев Н.Н., Захаров П.В. Структурная трансформация вакансионных пор в деформированном кристалле под воздействием ударных волн // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2013. Т. 10. № 4. С. 563–571.

8. Маркидонов А.В., Старостенков М.Д., Захаров П.В., Обидина О.В. Порообразование в ГЦК кристалле под воздействием ударных послекаскадных волн // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2015. Т. 12. № 2. С. 231–240.

9. Маркидонов А.В., Старостенков М.Д., Полетаев Г.М. Трансформация нанопор в золоте в условиях термоактивации и воздействия звуковых и ударных волн // Известия Российской академии наук. Серия физическая. 2015. Т. 79. № 9. С. 1233. https://doi.org/10.7868/S0367676515090136

10. Маркидонов А.В., Старостенков М.Д., Захаров П.В., ЛубянойД.А., Липунов В.Н. Эмиссия дислокационных петель нанопорами в ГЦК-кристалле под воздействием ударных послекаскадных волн при сдвиговой деформации // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2019. Т. 156. № 6 (12). С. 1078–1083. https://doi.org/10.1134/S0044451019120046

11. Barbu A., Dunlop A., Lesueur D., Averback R.S. Latent tracks do exist in metallic materials // Europhysics Letters. 1991. Vol. 15. No.1. P. 37–42. https://doi.org/10.1209/0295-5075/15/1/007

12. Прокофьев М.А., Бердоносова Д.Г., Мелихов И.В., Бердо­ носовС.С. О возможности получения кристаллических материалов, содержащих протяженные цилиндрические поры// Вестник Московского университета. Серия 2. Химия. 2010. Т.51. № 4. С.325–330.

13. Foiles S.M., Baskes M.I., Daw M.S. Embedded-atom-method functions for the FCC metals Cu, Ag, Au, Ni, Pd, Pt, and their alloys // Physical Review B. 1986. Vol. 33. No. 12. P. 7983–7991. https://doi.org/10.1103/physrevb.33.7983

14. XMD – Molecular Dynamics for Metals and Ceramics. [Electronic resource]. Available at URL: http://xmd.sourceforge.net/about.html (Accessed 30.01.2020).

15. Stukowski A. Visualization and analysis of atomistic simulation data with OVITO – the Open Visualization Tool // Modelling and Simulation Materials Science and Engineering. 2010. Vol. 18. Article 015012. https://doi.org/10.1088/0965-0393/18/1/015012

16. Andersen H.C. Molecular dynamics simulations at constant pressure and/or temperature // The Journal of Chemical Physics. 1980. Vol.72. No. 4. P. 2384–2393. https://doi.org/10.1063/1.439486

17. Stukowski A., Albe K. Extracting dislocations and non-dislocation crystal defects from atomistic simulation data // Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering. 2010. Vol. 18. No. 8. Article 085001. https://doi.org/10.1088/0965-0393/18/8/085001

18. Stukowski A.,Bulatov V.V.,Arsenlis A. Automated identification and indexing of dislocations in crystal interfaces // Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering. 2012. Vol. 20. No.8. Article 085007. https://doi.org/10.1088/0965-0393/20/8/085007

19. Stukowski A. Computational analysis methods in atomistic modeling of crystals // JOM. 2014. Vol. 66. No. 3. P. 399–407. https://doi.org/10.1007/s11837-013-0827-5

20. Норман Г.Э., Янилкин А.В. Гомогенное зарождение дислокаций// Физика твердого тела. 2011. Т. 53. № 8. С. 1536–1541.

21. Xue L. Constitutive modeling of void shearing effect in ductile fracture of porous materials // Engineering Fracture Mechanics. 2008. Vol. 75. No. 11. P. 3343–3366. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2007.07.022

22. Козлов Э.В., Тришкина Л.И., Конева Н.А. Скалярная плотность дислокаций и её компоненты, накапливаемые при деформации в малоконцентрированных твердых растворах Cu – Al // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2011. Т. 8. № 1. С. 52–60.

23. Скуратов В.А., Сайфулин М.М., Аралбаева Г.М., О’КоннеллЖ.Г., ван Вуурен А.Д. Повреждение диоксида титана вблизи поверхности после облучения быстрыми тяжелыми ионами // Вестник Карагандинского университета. Физика. 2017. № 1 (85). С. 47–54.

24. Жиляев П.А, Куксин А.Ю., Норман Г.Э., Стариков С.В., Стегайлов В.В., Янилкин А.В. Влияние микроструктуры материала на динамическую пластичность и прочность: молекулярно-динамическое моделирование // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2010. Т. 9. № 1. С. 104–109.

25. Kositski R., Steinberger D., Sandfeld S., Mordehai D. Shear relaxation behind the shock front in <110> Molybdenum – From the Atomic Scale to Continuous Dislocation Fields // Computational Materials Science. 2018. Vol. 149. P. 125–133. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2018.02.058

26. Tang J.F., Xiao J.C., Deng L., Li W., Zhang X.M., Wang L., XiaoS.F., Deng H.Q., Hu W.Y. Shock wave propagation, plasticity, and void collapse in open-cell nanoporous Ta // Physical Chemistry Chemical Physics. 2018. Vol. 20. No. 44. P. 28039–28048. https://doi.org/10.1039/C8CP05126G

27. Старостенков М.Д., Потекаев А.И., Маркидонов А.В., КулагинаВ.В., Гринкевич Л.С. Динамика краевых дислокаций в слабоустойчивом состоянии ГЦК-системы при облучении высокоэнергетическими частицами // Известия вузов. Физика. 2016. Т.59. № 9. С. 105–112.

28. Ackland G.J., Jones A.P. Applications of local crystal structure measures in experiment and simulation // Physical Review B. 2006. Vol.73. No. 5. Article 054104. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.73.054104

29. Терехов С.В., Лимановский А.И. «Фаза пустоты» и размытый фазовый переход // Физика и техника высоких давлений. 2018. Т. 28. № 3. С. 65–74.

30. Терехов С.В. Размытый фазовый переход в аморфном сплаве Fe40Ni40P14B6: термодинамика фаз и кинетика кристаллизации // Физика и техника высоких давлений. 2019. Т. 29. № 2. С.24–39.


Для цитирования:


Маркидонов А.В., Старостенков М.Д., Лубяной Д.А., Захаров П.В., Липунов В.Н. Моделирование процесса залечивания пор цилиндрической формы под воздействием ударных волн в кристалле, подвергнутом сдвиговой деформации. Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия. 2021;64(6):427-434. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2021-6-427-434

For citation:


Markidonov A.V., Starostenkov M.D., Lubyanoi D.A., Zakharov P.V., Lipunov  V.N. Modeling of healing pores of cylindrical form under the action of shock waves in a crystal subjected to shear deformation. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2021;64(6):427-434. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0368-0797-2021-6-427-434

Просмотров: 25


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 0368-0797 (Print)
ISSN 2410-2091 (Online)