形状对空洞生长的影响：基于耦合扩展有限元法 (XFEM) 和离子位错塑性 (DDP) 的研究
应用物理
2025-12-12 v1 材料科学
摘要
空洞是微观尺度上存在的众多材料缺陷之一，主要负责裂缝的形成，从而导致塑性断裂。圆形空洞在坍缩前趋向椭圆形空洞以形成裂缝。本研究的主要目标是利用离子位错塑性仿真研究空洞形状对空洞生长微机理的影响。对于有空洞的晶体，常规 DDP 即使位错从非凸域逃逸，也会在材料中产生连续滑移步。为克服此问题，本文采用扩展有限元法 (XFEM) 来 Incorporate 位移不连续。本研究考虑了椭圆形空洞的不同长宽比，在单向和双向拉伸边界条件下进行仿真。结果表明，具有最大表面积的空洞相对于表面积较小的空洞具有更大的生长速率，即“大者快速”。在双向加载下，观察到更高的应变硬化程度和空洞生长速率。结果还表明，滑移面以及空洞的取向会影响有空洞塑性材料的整体塑性行为。此外，圆形空洞在两种加载条件下诱导最小的生长速率，但产生最大的应变硬化效应。本研究的结果为更深入地理解塑性断裂提供了洞见，适用于制造业、航空航天业以及纳米/微电子力学器件 (NEMS/MEMS) 的设计。
引用
@article{arxiv.2511.07352,
title = {Effect of shape on void growth: A coupled Extended Finite Element Method (XFEM) and Discrete Dislocation Plasticity (DDP) study},
author = {Muhammad Usman and Sana Waheed and Aamir Mubashar},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.07352},
year = {2025}
}