间粒面断裂的扩展 Rice 模型

金属间粒面断裂过程中发生的塑性事件由于晶粒边界(GB) 结构的复杂性以及其与裂纹尖端位错塑性的相互作用，仍不受到充分理解。通过考虑 GB 在裂纹 GB 发射位错后的局部结构变换，本文建立了一个基于准统计理论的框架，用于预测裂纹 GB 发射位错的最可能的 Mode-I 应力强度因子(SIF)。利用大规模分子动力学(MD)仿真，我们研究了包含 12 个不同对称倾斜 GB 的双晶铁样品的断裂行为。MD 结果表明，GB 的存在会显著改变激活塌性事件所需的 SIF，从而确认了理论预测，这归因于 GB 结构变换所导致的能量变化。无论是原子仿真还是理论模型都一致表明，临界动态 SIF $K_{I}^{c}(t)$ 在动态 SIF $K_{I}(t)$ 相对于应变 ${\epsilon}$ 线性关系偏离时，其值随加载速率的增加而增加。然而，经典 Rice 模型由于未考虑局部场的影响而低估了 $K_{I}^{c}(t)$。本文提出的理论模型为应用于纳米晶金属的晶粒边界工程设计和制造提供了一个基于机制的框架。