توصيفگر ها :
شبيه سازي ديناميك مولكولي , رشد ترك خستگي , دوكريستالي آهن بي سي سي , مرزدانه , نرم افزار لمپس
چكيده فارسي :
رشد ترك خستگي در ساختارهاي پلي كريستالي از جمله فلزات يكي از پراهميت¬ترين موضوع¬هايي است كه پژوهشگران حال حاضر در سرتاسر دنيا بدان پرداخته¬اند. اين تحقيق بر روي دو موضوع اصلي تمركز مي¬كند؛ ديناميك مولكولي و شكست خستگي در دوكريستالي آهن BCC. اين كار با شبيه¬سازي مدل سه بعدي دوكريستالي آهن BCC تحت هنگرد NVE( تعداد اتم ثابت، حجم ثابت، انرژي ثابت) انجام¬شده است. ترك در دوكريستالي آهن BCC با مرزدانه¬هاي كج¬متقارن ∑▒〖5(310)〗، ∑▒〖5(210)〗 و ∑▒〖3(112)〗 به صورت لبه¬اي با حذف برهمكنش¬هاي بين اتم¬ها ايجاد و بارگذاري به صورت خستگي كاملا برگشتي به نمونه¬ها اعمال شده است. سپس، سرعت اوليه¬ي ترك و نرخ رشد ترك، انرژي آزادشده به دليل تشكيل دو سطح جديد و هم¬چنين جهت گيري كريستالي و قرارگيري ترك در ساختار بررسي شده است. پس از آن، انرژي مرزدانه براي دو مرزدانه¬ي كج متقارن ∑▒〖5(310)〗 و ∑▒〖5(210)〗 محاسبه شد و عبور ترك از مرزدانه و اثرهاي آن بر روي سيستم دوكريستالي بررسي و تحليل شد. در نهايت، رشد ترك خستگي در دوكريستالي آهن BCC با مرزدانه¬ي ∑▒〖5(310)〗 براي تمام سيكل¬ها به تصوير كشيده شد و مشاهده شد كه رشد ترك پس از تغيير رفتار به صورت مستقيم نمونه را تا شكست كامل و نهايي پيش مي¬برد. هم¬چنين، نمودارهاي تنش-سيكل، رشد ترك بر حسب نرخ فاكتور شدت تنش براي دو كشش متفاوت 115950 و 116000 گام زماني براي هر نيم¬سيكل، توان پاريس و طول ترك-سيكل براي دو كشش ذكر شده ترسيم شدند. بر اساس اين نمودارها مشاهده شد كه ترك پس از چند نوسان به خاطر وجود عيب¬ها و نابجايي¬ها در نمونه با مقدار تنش و انرژي كم به راحتي رشد مي¬كند، پيش از مرزدانه به دليل مقاومت مرزدانه توقف مي¬كند و تنش بالا مي¬رود و سپس پس از عبور از مرزدانه به راحتي نمونه را به شكست نهايي مي¬رساند. علاوه بر آن، با مشاهده¬ي نمودار رشد ترك-نرخ فاكتور شدت تنش مشاهده شد كه براي هر دو كشش 115950 و 116000 شيب نمودار به خاطر افزايش تدريجي تنش و طول ترك مثبت است، مقدار نرخ فاكتور تنش اوليه 3216/0MPa√m و مقدار رشد ترك اوليه 288/0 آنگستروم مي¬باشد. توان پاريس نيز براي شبيه سازي مدل خستگي براي دوكريستالي آهن BCC با مرزدانه¬ي ∑▒〖5(310)〗 تحت كشش 115950 گام زماني براي هر نيم¬سيكل 1647/2 محاسبه شد.
چكيده انگليسي :
Fatigue crack propagation in poly-crystals, especially in metallic structures, is one of the paramount subjects, on which engineers from all around the world have been investigating. This paper is focused on two main parts, molecular dynamics method, and fatigue failure in BCC iron bicrystals. This work has been carried out by 3D simulation on BCC iron bicrystals under the NVE ensemble. Cracks have been created by eliminating the interactions between atoms as edge-cracks for bicrystals with∑▒〖5(310)〗,∑▒〖5(210)〗 and ∑▒〖3(112)〗 symmetric tilt grain boundaries. The loading and unloading have been applied to the system as a completely reversible fatigue strain. Then, analyzes of primary crack’s speed and propagation trend, released energy because of forming two new surfaces, and anticipating crack propagation orientation in oriented crystals have been investigated. Also, grain boundary energy has been analyzed and calculated for ∑▒〖5(310)〗 and ∑▒〖5(210)〗 grain boundaries, and cracks crossing grain boundaries as well as their effects on bicrystal systems have been studied. Ultimately, the fatigue crack propagation in BCC iron bicrystals with ∑▒〖5(310)〗 grain boundary has been sketched for all cycles, and it has been observed that the crack propagation leads the sample to the ultimate failure stage after the change in its behavior as a straight upward trend. Moreover, the S-N, crack propagation to stress intensity factor range for two different strains of 115950 and 116000 timestep for every half-cycle, Paris exponent, and crack length-cycle for the mentioned strains curves have been sketched. According to these figures, it has been observed that the crack propagates simply using a low level of energy after a few fluctuations caused by flaws and dislocations, which exist in the sample; then, stops before the grain boundary due to the grain boundary resistance, and the stress level goes high. After that, by crossing the grain boundary, the crack leads the sample to the final failure easily. Furthermore, observing the crack growth to the stress intensity factor range curve for the two mentioned strain amounts, the curve’s slope is positive owing to the graduate increasing stress and the crack length in the simulation. The initial stress intensity factor range amount has been 0.3216 MPa√m, and the initial crack growth amount has been 0.288 angstroms in this simulation. Finally, the Paris exponent for the fatigue crack propagation simulation in BCC iron bicrystals with ∑▒〖5(310)〗 grain boundary and under the strain amount of 115950 timesteps for every half-cycle has been calculated.
