Grain growth inhibited during grain size-sensitive creep in polycrystalline ice: an energy dissipation-rate perspective
Grain growth inhibited during grain size-sensitive creep in polycrystalline ice: an energy dissipation-rate perspective
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多晶冰中晶粒尺寸敏感的蠕变过程中晶粒生长受到抑制：能量耗散率的观点
DOI：
10.1007/s00269-022-01202-9
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发表时间：
2022
影响因子：
1.4
通讯作者：
Cooper, Reid F.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Caswell, Tess E.;Cooper, Reid F.
实验中，两个相同的多晶冰 Ih 样品同时经受相同的时间-温度历史，而其中一个样品通过晶粒尺寸敏感 (GSS) 蠕变主动变形，结果表明明显不同的微观结构演化：对于特定范围的起始晶粒尺寸和差异应力，晶粒不会在变形样品中生长。初始均匀晶粒尺寸在 6–63 μm 范围内的冰 Ih 样品成对进行测试，这些样品经受相同的时间-温度条件（持续时间 = 4–12 天；T= 240 K），但其中只有一个样品受到差异应力（σ1= 0.25–1.85 MPa；σ3= 0）。比较一对内的样本，对于初始晶粒尺寸较粗的样本，变形样本表现出晶粒生长受到抑制或没有晶粒生长。我们的结果是从非平衡热力学的角度解释的，特别是比较与晶粒生长和塑性流动相关的能量耗散率：如果与流动相关的能量耗散率超过晶粒生长的能量耗散率，则晶粒将不会生长。对硅酸盐中 GSS 流动和晶粒生长的有限数据库的检查符合我们的分析。研究结果应用于陆地冰川的机械演化问题和外部卫星的富含冰的外壳。
Experiments in which two identical polycrystalline ice Ih specimens are simultaneously subjected to the same time–temperature history while one of the specimens is actively deformed via grain size-sensitive (GSS) creep demonstrate distinctly different microstructural evolution: for particular ranges of starting grain size and differential stress, grains do not grow in the deforming specimen. Ice Ih specimens having initial, uniform grain sizes in the ranged= 6–63 μm were tested in pairs that were subjected to identical time–temperature conditions (durationst= 4–12 days;T= 240 K) but of which only one was subjected to differential stress (σ1= 0.25–1.85 MPa;σ3= 0). Comparing specimens within a pair, for those with coarser initial grain size, the deformed specimens exhibit suppressed or no grain growth. Our results are interpreted from the perspective of nonequilibrium thermodynamics, specifically comparing the energy dissipation rates associated with both grain growth and plastic flow: if the rate of energy dissipation associated with flow exceeds that of grain growth, the grains will not grow. An examination of the limited database on GSS flow and grain growth in silicates conforms to our analysis. The results are applied to the question of the mechanical evolution of terrestrial glaciers and to the ice-rich shells of the outer satellites.
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