blackcp的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/blackcp

博文

论文:GB剪切耦合运动动力学:一个分析模型和MD验证(08)

已有 717 次阅读 2021-3-20 12:27 |系统分类:论文交流

image.png

    摘要:承受机械应力的GB发生移动,并产生晶格的剪切变形,此过程不要求原子扩散,可在低温下通过结构单元的旋转和变形完成,耦合GB运动以增量形式出现,展现出类似于原子摩擦粘滑行为的动力学,使用两种方法 探究该动力学体制:1.弹性棒一维模型

image.png

2.用MD模拟倾侧GB在不同温度和速度下的耦合运动。

    两种方法下,应力-速度-温度关系相似,且表明在低温或在高速度下的高度非线性的动力学。而在高温或低速度下,GB运动的特征从粘滑变为驱动随机行走,应力-速度关系变得近似线性。MD也揭示了,由于在高速度下的动力学关联,在高温下从耦合运动到滑移运动的转变,导致的多个GB跳跃现象。

    这篇文章主要集中在剪切耦合运动的温度依赖性,揭示从粘滑体系到布朗运动体系的转变。在这篇文章中,我们将耦合GB运动看作是周期性能量景观。

    A:  0K下的模拟

    考虑在0K温度下的纯金属中的平面倾斜边界。为了简单假设,倾斜角是一个CSL模型,并且GB位于CSL面上,这样典型的GB通常有多面体结构单元的周期性结构。由于平移对称性,在双晶中,有无限个相同状态和能量的GB,如果GB结构允许通过无扩散的小的原子位移实现的等效相邻GB位置的移动,则可以发生耦合GB运动。这些位移通常可以被描述为结构单元的变形和旋转,并且需要克服一定的能垒E0。如果施加一个驱动力,并且GB被设置为运动,它通过在平衡位置之间跳跃来移动。该过程所需的临界应力取决于温度和GB速度。研究这些关系是本文的目的。

image.png

    随着剪切力增加到临界值,剪切诱导能量势垒E变为0,GB变得机械不稳定并跳到另外一个新位置,    这种GB被困在能量最小处,直到失去稳定性达到新位置,称为粘滑过程。在GB的increment之间,假定线性弹性,即应力线性增长。每一步的应力降与剪切变形增量S/L,成正比。因此,与模型的尺寸L成反比。对于一个固定的GB而言,其几何结构和特征是确定的,即H,S是确定的,那么其剪切变形量S/L与应力降相关,则其应力降与模型高度有关,即越高,应力降越小。在一个过程中,平均应力应该为

image.png

    其中K是合适的弹性模量。当L很大时,应力降很小,应力几乎为常量。当L很小时,应力降很大,应力甚至可以是负值。在后者,即L很小时,在一个increment之后的应力增加,可以把GB推回之前的位置。峰值应力与 L 无关,只取决于晶界结构和耦合模式。

    B:有限温度下的模拟

    在有限温度下,热波动有助于GB克服障碍,即使势垒E不为0的时候,GB也可以跳跃到一个新的位置。也就是说应力没达到image.png。有限的温度有效地减小了临界应力,对比于image.png是一个随机量,其特征应该是其平均值及其周围的统计分布。这种应力预计会随着温度的升高而降低。在固定的温度下,应该随着速度v的增加而增加,因为更高的速度使GB有更少的时间去克服阻碍。

    在高温下,GB自发跳回先前位置的概率是有限的。我们预计这种反向跳跃会随着温度的升高而变得更加频繁,最终会破坏锯齿行为,并最终成为有固定应力的随机噪声。在该体制下,临界应力失去物理意义,而平均应力可描述GB运动。在固定温度下,减小GB的速度应该会产生类似的效果,因为GB有更多的时间去确定向前或向后跳跃,如果在高温下,速度趋于0,则向前和向后的迁移的可能性使相同的,导致边界的随机移动,在该极限下,由于GB的对称性,平均应力一定是0.

    如果在低速度下耦合GB运动被视为驱动的布朗运动,则速度V和平均应力之间应该是线性关系。但没有MD 的验证。

    



https://wap.sciencenet.cn/blog-3421400-1277744.html

上一篇:论文:原位disconnection介导的GB迁移的原位原子观察(未完结)
下一篇:系综

0

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (0 个评论)

数据加载中...
扫一扫,分享此博文

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2021-6-24 23:46

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部