Dislocation density distribution around an wedge indent in single- crystalline nickel: Comparing non-local crystal plasticity finite element predictions with experiments
Dislocation density distribution around an wedge indent in single- crystalline nickel: Comparing non-local crystal plasticity finite element predictions with experiments
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单晶镍中楔形凹痕周围的位错密度分布：将非局部晶体塑性有限元预测与实验进行比较
DOI：
10.1016/j.actamat.2014.03.012
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发表时间：
2014
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
D. Raabe
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
C. Reuber;P. Eisenlohr;F. Roters;D. Raabe
我们提出了一个基于物理的位错滑动的本构模型，该模型明确地解释了由于其运动而引起的位错的重新分配。该模型通过边缘位错密度和螺旋位错密度来参数化复杂微观结构，这些位错要么具有单极性，即具有正或负线形的单个位错，要么具有偶极性，即具有相反线形的两个位错组合。该模型的优点在于描述了位错密度的演化，包括位错增殖和湮灭以及位错偶极子的形成和解离的通常速率方程。此外，滑移引起的位错的空间再分布也得到了明确的解释。这是通过引入位错密度的平流项来实现的，该平流项将位错密度的演化方程从普通方程转变为偏微分方程。位错滑移的相关空间梯度使模型非局部化。该模型应用于单晶镍的楔形压痕。在晶格旋转和几何必要位错的空间分布方面，将模拟结果与已发表的实验（Kysar et al., 2010）进行了比较。与实验结果一致，预测的位错通量导致几何上必要的位错在垂直几何边界周围积累，在压头下方具有高方向梯度，这对整体塑性响应具有决定性作用。没有位错输运的局部模型变体不能正确地预测该几何过渡区的影响，并且表现得明显更软。
We present a physics-based constitutive model of dislocation glide in metals that explicitly accounts for the redistribution of dislocations due to their motion. The model parameterizes the complex microstructure by dislocation densities of edge and screw character, which either occur with monopolar properties, i.e. a single dislocation with positive or negative line sense, or with dipolar properties, i.e. two dislocations of opposite line sense combined. The advantage of the model lies in the description of the dislocation density evolution, which comprises the usual rate equations for dislocation multiplication and annihilation, and formation and dissociation of dislocation dipoles. Additionally, the spatial redistribution of dislocations by slip is explicitly accounted for. This is achieved by introducing an advection term for the dislocation density that turns the evolution equations for the dislocation density from ordinary into partial differential equations. The associated spatial gradients of the dislocation slip render the model nonlocal. The model is applied to wedge indentation in single-crystalline nickel. The simulation results are compared to published experiments (Kysar et al., 2010) in terms of the spatial distribution of lattice rotations and geometrically necessary dislocations. In agreement with experiment, the predicted dislocation fluxes lead to accumulation of geometrically necessary dislocations around a vertical geometrical border with a high orientation gradient below the indenter that is decisive for the overall plastic response. A local model variant without dislocation transport is not able to predict the influence of this geometrical transition zone correctly and is shown to behave markedly softer.
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T. Hochrainer
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