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Dissertations / Theses on the topic 'Dislocation discrète'
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Gonzalez, Joa Javier Antonio. "Mesoscale dislocation simulation accounting for surfaces using the superposition method : Application to nanomechanics." Electronic Thesis or Diss., Lyon, INSA, 2022. http://www.theses.fr/2022ISAL0129.
Full textAbstract:
Les nano-objets (fils, particules, films minces) sont connus pour leurs propriétés mécaniques exceptionnelles au regard de leurs homologues massifs. Diverses techniques expérimentales (microscopie électronique à transmission ou à balayage, diffraction des rayons X) sont utilisées pour étudier les nano-objets, complétées par des approches numériques telle que la dynamique moléculaire. Bien que fournissant des détails à l'échelle atomique, la dynamique moléculaire reste limitée en termes de taille et de vitesse de déformation, ouvrant la porte à d'autres méthodes comme la dynamique des dislocations discrète. La dynamique des dislocations discrète permet de décrire l'évolution d'une population de dislocations à l’échelle du grain mais est généralement utilisée dans des ensembles quasi-infinis en utilisant des cellules de simulation particulièrement grandes ou des conditions limites périodiques. Par conséquent, la dynamique des dislocations discrète seule ne peut fournir une description physique des surfaces d’un échantillon, surfaces à l'origine de nombreux processus à l'échelle nanométrique. Cette étude vise à modéliser mieux et plus fidèlement la mécanique des nano-objets en tenant compte des interactions complexes entre les dislocations et les surfaces. Pour ce faire, un nouvel outil appelé El-Numodis a été développé. El-Numodis repose sur le couplage du code de dynamique des dislocations discrète Numodis avec le code d'éléments finis Elmer en utilisant la méthode de superposition. Nous présentons ici les étapes de développement d'El-Numodis (pilotes de couplage, forces d'image des dislocations, algorithme de nucléation, etc.) ainsi que plusieurs applications incluant des problèmes d'élasticité classiques dans lesquels des surfaces sont impliquées. A titre d'exemple, la modélisation de films minces métalliques fcc montre l'influence majeure des surfaces sur la mécanique des nano-objets. Enfin, El-Numodis est utilisé pour modéliser la mécanique de nanoparticules céramiques où la nucléation de dislocation informée de manière atomistique, combinée à la théorie de l'état de transition, permet d'étudier le rôle de la taille, température et de la vitesse de déformation sur la déformation de nanocubes de MgONano-objects (wires, particles, thin films) are known for their outstanding mechanical properties when compared to their bulk counterparts. Various experimental techniques (transmission and scanning electron microscopy, X-ray diffraction) are used to investigate nano-objects, all complemented by computational approaches such as molecular dynamics. While modelling atomic-scale processes in the details, molecular dynamics is limited in terms of sample size and strain rates opening doors to other methods such as the discrete dislocation dynamics. Discrete dislocation dynamics is able to describe the evolution of a dislocation population at the mesoscale but is mostly used to describe quasi-infinite ensembles using either particularly large simulation cells or relying on periodic boundary conditions. Consequently, standalone discrete dislocation dynamics cannot provide a complete description of sample surfaces that are known to be at the roots of several nanoscale processes. This study aims at better and faithfully model the mechanics of nano-objects accounting for the complex interactions between dislocations and surfaces. For this purpose, a new tool called El-Numodis was developed. El-Numodis relies on the coupling of the discrete dislocation dynamics code Numodis with the finite elements code Elmer using the superposition method in which the stress field generated by a dislocation population is corrected at the virtual surfaces of a finite-size sample using a finite-element elastic solver. In this work, we present the main development stages of El-Numodis (coupling drivers, dislocation image forces, nucleation algorithm, etc.) as well as several applications including analytically soluble elasticity problems in which surfaces are involved. As an example, the modelling of face-centered cubic metal thin films practically demonstrates the influence of surfaces on nano-objects mechanics. Finally, El-Numodis is used to model the mechanics of ceramics nanoparticles for which atomistically-informed dislocation nucleation as combined to the transition state theory allow to investigate the role of size, temperature and strain rate on the mechanical properties of MgO nanoparticles
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Siska, Filip. "Simulation numérique du comportement mécanique des films minces métalliques par la théorie continue et la dynamique discrète des dislocations." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00204422.
Full textAbstract:
Le sujet de la thèse contenue l'étude de propriétés mécaniques des couches minces à base de cuivre. Ces propriétés sont étudiées à aide de la méthode élément finis dans le cadre de la plasticité cristalline classique et dans le cadre de dynamique discrète des dislocations. Les simulations élasto-plastiques montrent que la présence des grains avec une orientation (001) et aléatoire augmentent les contraintes dans les grains adjacents d'orientation (111). La comparaison avec les résultats expérimentaux montre que le modele n'est pas capable de prévoir des contraintes aussi élevées que l'écrouissage quel sont mesurés dans les expériences.L'évolution de l'écrouissage, de la microdéformation plastique, de la rugosité locale et globale de la surface sont étudiées par les simulations de chargement cyclique d'agrégats polycristallins de cuivre. L'écrouissage et la rugosité saturent pendant le chargement. Il existe des régions où la déformation résiduelle cumulée et la rugosité locale évoluent pendant le chargement cyclique. Ces régions favorisent par l'amorçage de l'endommagement. L'autre approche dans les simulations des agrégats polycristallins est représentée par la théorie de la dynamique discrète des dislocations. Les simulations montrent que la plus grande influence est due à la longueur initiale des sources. Par contre, l'épaisseur des films a peu d'influence sur la comportement du film. Les dislocations sont le plus actives dans les grains avec une orientation (001) et l'activité minimale est observée dans les grains avec une orientation (111).
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Shin, Chansun. "3D discrete dislocation dynamics applied to dislocation-precipitate interactions." Grenoble INPG, 2004. http://www.theses.fr/2004INPG0116.
Full textAbstract:
La dynamique des dislocations discrètes (DDD) a été appliquée pour examiner les effets des précipités sur la plasticité des monocristaux de structure CFC. Les précipités sont modélisés par un assemblage de facettes franchissable pour une contrainte donnée. Afin de tenir compte des interactions élastiques entre les dislocations et les particules, un couplage avec la méthode des éléments finis (MEF) a été utilisé. Afin d'accélérer les temps de calculs, la 'méthode des boites' a été revisitée et une version parallèle du code a été développée en utilisant le standard du programmation 'Message Passing Interface (MPI)'. Dans un premier temps, les contraintes images créées par une particule 3D ont été calculées grâce un couplage entre la MEF et le code de DDD. Les résultats numériques ont été comparés aux solutions analytiques correspondantes. L'effet de la différence des modules d'Young sur la limite élastique et le comportement durcissant qui en découle ont ensuite été étudiés numériquement. Nous avons montré que les contraintes image ont un effet significatif sur le durcissement et les événements locaux tels que le glissement dévié et la montée. Finalement, la fatigue des matériaux durcis par des précipités cisaillables et non-cisaillables a été simulée avec le nouveau code parallèle de DDD. Les résultats obtenus grâce à nos simulations sont en accord avec nos observations experimentales et les données de la littérature. Un mécanisme de formation des bandes de glissement intense a été proposé à partir de l'observation des microstructures obtenues par simulationThe 3D Discrete Dislocation Dynamics (DDD) method has been applied to investigate the effects of precipitates on the plasticity of FCC single crystals. A method to represent the internal interfaces by a series of facets with a pre-defined strength has been proposed. For a full account of the mutual elastic interactions between dislocations and second-phase particles, the coupling method with a finite element method is extended. In order to accelerate the computing time, the serial 3D DDD algorithm has been improved by revisiting the 'box method' and a new parallel code has been developed using the standard Message passing Interface (MPI). The image stresses due to a three-dimensional particle were computed using the FEM/DDD coupling code. The numerical results have been compared to the corresponding analytical solutions. The effect of the elastic modulus mismatch on the flow stress and the subsequent hardening behavior has then been analyzed. The image stresses were found to affect significantly the work hardening and the local events such as cross slip and climb. Finally, the fatigue of precipitate-hardened materials was simulated using the new parallel DDD code. The effects of shearable and non-shearable particles on the fatigue properties were well reproduced by the simulations, and the numerical results showed good agreements with the available experimental observations in a qualitative way. The mechanism of the intense slip band formation is proposed from the observation of the simulated dislocation microstructure
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Liu, Bing [Verfasser]. "Discrete dislocation dynamics simulations of dislocation : low angle grain boundary interactions / Bing Liu." Aachen : Hochschulbibliothek der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen, 2012. http://d-nb.info/1027743900/34.
Full text
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Mohammad, Davoudi Kamyar. "Plastic Behavior of Polycrytalline Thin Films: Discrete Dislocation Study." Thesis, Harvard University, 2014. http://dissertations.umi.com/gsas.harvard:11634.
Full textAbstract:
Explaining the work-hardening behavior of crystalline materials and the size dependent plasticity has been a long lasting problem. Plastic deformation mainly arises from the collective motion of dislocations. Although individual dislocation processes are well studied, the study of the overall effects of these processes was challenging before the emergence of computer modeling. Of the computer simulation techniques, discrete dislocation dynamics (DDD) is the most suitable method to model thin films at the micron scale and below. This method allows us to study the quantitative effects of certain mechanisms.Engineering and Applied Sciences
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Bizet, Laurent. "Caractérisation et modélisation du comportement thermomécanique des matériaux métalliques : vers la prise en compte des hétérogénéités micro-structurales intrinsèques." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAA001/document.
Full textAbstract:
La prédiction de la géométrie d'une pièce mise en forme par déformation plastique grâce à un logiciel de calcul par éléments finis (EF) s'effectue en suivant séquentiellement différentes étapes : la caractérisation thermo-mécanique du matériau, la modélisation de son comportement et son intégration dans un logiciel EF, puis la mise en données et la simulation de l'opération de formage. La phase de modélisation consiste entre autre à identifier quel type de modèle de comportement est le plus approprié pour prédire les réactions du matériau lors de l'opération de formage. Ces modèles sont essentiellement développés dans le cadre de la mécanique des milieux continus (MMC). L'hypothèse forte, si ce n'est centrale, de la MMC consiste à considérer que les variables qui servent à déterminer le comportement du matériau sont continues et dérivables. Cependant, les connaissances les plus élémentaires de métallurgie indiquent que les grandeurs locales dans les matériaux métalliques sont discontinues. La majorité des modèles de comportement mécanique des matériaux métalliques repose sur la définition d'un volume élémentaire représentatif dont la taille est assez grande pour permettre une homogénéisation de la description du comportement en gommant l'influence des hétérogénéités localesL'objet de ces travaux est de montrer que la prise en compte des hétérogénéités locales dans la modélisation du comportement des matériaux métalliques est pertinente et contribue à l'amélioration de la prédiction des simulations d'opérations de mise en forme en élargissant le potentiel prédictif des modèles ainsi construits. Un modèle élasto-plastique prenant en compte les hétérogénéités locales est alors proposéTo obtain a relevant shape of a formed part during its finite element simulation, several steps are needed: thermo-mechanical caracterization of the material, definition of the most relevant model and integration of this model in the FE software and finally after data converting and computing processes. The modelling step include, among other things, the identification of the most appropriate model to fit the experimental material behaviour. Those models are essentially developped within the framework of continuum mechanics (CM). A strong, if not the main assumption of the CM consists in considering that mechanical description variables are continuous and differentiable. However, the basic knowledge of metallurgy indicates that local data in metallic materials are discontinuous. For metallic materials, the majority of constitutive models are based on the definition of a representative elementary volume (REV). This REV is supposed to be large enough to erase the incidence of local heterogeneities. Then those constitutive models are assumed to be homogeneous.The aim of this work is to show that introducing local heterogeneities in the description of constitutive models is relevant and contribute to improve the simulation accuracy. Those models also provide an enlargement of the simulation predictive potential. Then an elasto-plastic model, based on local heterogeneities description, is proposed
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Korzeczek, Laurent. "Modélisation mésoscopique en 3D par le modèle Discret-Continu de la stabilité des fissures courtes dans les métaux CFC." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLC049/document.
Full textAbstract:
Le mode de propagation complexe des fissures courtes observé dans les métaux ductiles sous chargement cyclique est généralement attribué à différents mécanismes de stabilisation intervenant à l’échelle de la microstructure, l’échelle mésoscopique. Parmi ces mécanismes, l’interaction de la fissure avec la microstructure de dislocation semble jouer un rôle majeur. La dynamique des dislocations contrôle la déformation plastique et le transfert de chaleur qui lui est associé et réduit ainsi la quantité d’énergie élastique stockée dans le matériau. De plus, la microstructure de dislocations peut « écranter » le champ élastique induit par la fissure par son propre champ de contraintes et modifier la géométrie de la fissure par l’émoussement des surfaces en pointe. Pour la première fois, ces mécanismes sont étudiés avec des simulations 3D de Dynamique des Dislocation avec le modèle Discrete-Continu. Trois orientations de fissure sont testées sous un chargement monotone en traction, promouvant une ouverture en fond de fissure en mode I. De manière surprenante, les simulations montrent que les effets d’écrantage et d’émoussement n’ont pas un rôle clé dans la stabilisation des fissures testées en mode I. Le mécanisme principal se trouve être la capacité du matériau à se déformer plastiquement sans mettre en oeuvre un durcissement important par le mécanisme de la forêt. Des recherches supplémentaires sur deux effets de taille confirment ces résultats et montrent également la contribution mineure d’une densité de dislocations polarisées et du durcissement cinématique associé à la stabilisation des fissuresThe erratic behaviour of short cracks propagation under low cyclic loading in ductile metals is commonly attributed to a complex interplay between stabilisation mechanisms that occur at the mescopic scale. Among these mechanisms, the interaction with the existing dislocation microstructure play a major role. The dislocation microstructure is source of plastic deformation and heat transfer that reduce the specimen stored elastic energy, screen the crack field due to its self generated stress field or change the crack geometry through blunting mechanisms. For the first time, these mechanisms are investigated with 3D-DD simulations using the Discrete- Continuous Model, modelling three different crack orientations under monotonic traction loading promoting mode I crack opening.Surprisingly, screening and blunting effects do not seem to have a key role on mode I crack stabilisation. Rather, the capability of the specimen to deform plastically without strong forest hardening is found to be the leading mechanism. Additional investigations of two different size effects confirm those results and show the minor contribution of a polarised dislocations density and the associated kinematic hardening on crack stabilisation
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Hosseinzadeh, Delandar Arash. "Numerical Modeling of Plasticity in FCC Crystalline Materials Using Discrete Dislocation Dynamics." Licentiate thesis, KTH, Materialteknologi, 2015. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-175424.
Full textAbstract:
Plasticity in crystalline solids is controlled by the microscopic line defects known as “dislocations”. Decisive role of dislocations in crystal plasticity in addition to fundamentals of plastic deformation are presented in the current thesis work. Moreover, major features of numerical modeling method “Discrete Dislocation Dynamics (DDD)” technique are described to elucidate a powerful computational method used in simulation of crystal plasticity. First part of the work is focused on the investigation of strain rate effect on the dynamic deformation of crystalline solids. Single crystal copper is chosen as a model crystal and discrete dislocation dynamics method is used to perform numerical uniaxial tensile test on the single crystal at various high strain rates. Twenty four straight dislocations of mixed character are randomly distributed inside a model crystal with an edge length of 1 µm subjected to periodic boundary conditions. Loading of the model crystal with the considered initial dislocation microstructure at constant strain rates ranging from 103 to 105s1 leads to a significant strain rate sensitivity of the plastic flow. In addition to the flow stress, microstructure evolution of the sample crystal demonstrates a considerable strain rate dependency. Furthermore, strain rate affects the strain induce microstructure heterogeneity such that more heterogeneous microstructure emerges as strain rate increases. Anisotropic characteristic of plasticity in single crystals is investigated in the second part of the study. Copper single crystal is selected to perform numerical tensile tests on the model crystal along two different loading directions of [001] and [111] at two high strain rates. Effect of loading orientation on the macroscopic behavior along with microstructure evolution of the model crystal is examined using DDD method. Investigation of dynamic response of single crystal to the mechanical loading demonstrates a substantial effect of loading orientation on the flow stress. Furthermore, plastic anisotropy is observed in dislocation density evolution such that more dislocations are generated as straining direction of single crystal is changed from [001] to [111] axis. Likewise, strain induced microstructure heterogeneity displays the effect of loading direction such that more heterogeneous microstructure evolve as single crystal is loaded along [111] direction. Formation of slip bands and consequently localization of plastic deformation are detected as model crystal is loaded along both directions.QC 20151015
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Perrin, Camille. "Etude expérimentale et modélisation des microstructures de déformation plastique intragranulaires discrètes." Thesis, Metz, 2010. http://www.theses.fr/2010METZ030S/document.
Full textAbstract:
L’amélioration des techniques de caractérisation (EBSD, MET, AFM) permet actuellement une meilleure compréhension des mécanismes plastiques intra-granulaires pour des poly-cristallin déformé. Les observations expérimentales montrent que les processus de plastification sont fortement hétérogènes et intermittent à l’intérieur des grains. Les modèles micromécaniques à champs moyens développés ces dernières décennies ne considèrent pas proprement les hétérogénéités intra-granulaires du glissement plastique. Or il est aujourd’hui démontré (simulations de Dynamique des Dislocations Discrètes par exemple) que la prise en compte de l’auto-organisation des dislocations à l’intérieur des grains est fondamentale pour mieux comprendre et expliquer les effets de taille de grains sur le comportement mécanique des polycristaux. Dans cette étude, deux approches complémentaires ont été développées : Une approche théorique qui consiste aux calculs des champs élastiques (contrainte interne et rotation de réseau) dus à une distribution discrète de boucles de dislocations contraintes par le joint de grains, et une approche expérimentale dont le but est de caractériser quantitativement les longueurs caractéristiques (espacements inter-bandes, et niveau de plasticification dans les bandes) pour des polycristaux à plusieurs tailles de grains se déformant plastiquement et de mesurer les rotations de réseau locales associées (mesure EBSD de désorientation de réseau cristallin) en vue de les comparer au champs de rotations élastiques calculés par le modèle. Le modèle a également été étendu pour permettre l’étude à des microstructures plus complexes, comme par exemple, les cellules de dislocationsThe improvement of the materials characterization techniques in the last years has given access to new important information about the microstructure of polycrystalline metals. From experimental studies of deformed polycrystals, plastic strain within grains is known to be strongly heterogeneous and intermittent. As a consequence of the collective motion of dislocations, sample surfaces are indeed characterized by the presence of slip lines and slip bands (as slip traces). In the present study, a new micromechanical approach is developed to derive the mechanical fields (stresses, distortion, lattice curvature, elastic energy) arising from the presence of an inelastic strain field representing a typical internal "microstructure" as the one observed during the plastification of metallic polycrystals. This "microstructure" is due to the formation of discrete (spatial-temporal) intra-granular plastic slip heterogeneities which are modelled using discrete distributions of circular glide dislocation loops for a grain embedded in an infinite elastic matrix. Then, field equations have been solved using the method of Fourier Transforms. In contrast with the mean field approach based on the Eshelby formalism, it is then found that stress and lattice curvature fields are not more uniform inside the grain. A grain boundary layer actually appears where strong gradients occur and whose thickness depends on the introduced internal lengths. These results are compared with experimental measurements of local lattice rotation fields obtained by orientation imaging mapping (OIM). The model is able to capture different behaviours between near grain boundary regions and grain interior. The model was also develop to allow the study of more complex microstructures like the dislocation cells
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Al, Haj Mohammad. "Modèles discrets de dislocations : ondes progressives et dynamique de particules." Thesis, Paris Est, 2014. http://www.theses.fr/2014PEST1001/document.
Full textAbstract:
Ce travail se concentre sur l'étude de la dynamique des dislocations dans le réseau cristallin et il est découpé en deux parties : la première partie porte sur les mouvements horizontaux d'une chaîne d'atomes en interaction contenant une dislocation. Bien que, la deuxième partie traite de l'accumulation de dislocations formant ce qu'on appelle des murs de dislocations. Dans la première partie, nous considérons une généralisation complètement nonlinéaire des équations de diffusion de réaction discrète également appelée “modèles de Frenkel-Kontorova complètement amortis” qui décrivent la dynamique des défauts cristallins (dislocations) dans un réseau. Nous étudions à la fois : les non-linéarités bistable et monostable. Dans des conditions suffisantes, nous montrons l'existence et l'unicité des ondes progressives pour le cas de non-linéarité bistable. Pour le cas monostable, nous étudions l'existence de la branche des solutions d'ondes progressives pour une non-linéarité Lipschitz général. Nous montrons également que la vitesse minimale est positive et délimitée ci-dessous. Dans cette partie, nous étudions aussi la généralisation du modèle de Frenkel-Kontorova pour laquelle nous pouvons ajouter un paramètre de force motrice. Nous illustrons également, dans ce cas, la variation de la vitesse de propagation des ondes progressives en fonction du paramètre de force. Dans la deuxième partie, nous étudions l'accumulation des dislocations dans les murs de dislocations. Nous montrons en fait la convergence de plusieurs dislocations qui interagissent sur les murs de dislocations. Nous présentons aussi les résultats de quelques expériences numériques qui confirment les résultats théoriques que nous obtenonsThis work focuses on the study of the dislocation dynamics in the crystal lattice and it is splitted into two parts : the first part is concerned with the horizontal motion of a chain of interacting atoms containing a dislocation. While, the second part deals with the accumulation of dislocations forming what is known as walls of dislocations. In the first part, we consider a fully nonlinear generalization of the discrete reaction diffusion equations “fully overdamped Frenkel-Kontorova models” that describe the dynamics of crystal defects (dislocations) in a lattice. We study both : the bistable and the monostable non-linearities. Under sufficient conditions, we show the existence and uniqueness of traveling wave solution for the bistable non-linearity case. For the monostable case, we study the existence of branch of traveling waves solutions for general Lipschitz non-linearity. We also prove that the minimal velocity is non-negative and bounded below. In this part, we as well study the generalization of Frenkel-Kontorova model for which we can add a driving force parameter. We also illustrate, in this case, the variation of the velocity of propagation of traveling waves in terms of the parameter force. In the second part, we study the accumulation of dislocations in walls of dislocations. We prove actually the convergence of several interacting dislocations to walls of dislocations. We also present results of some numerical experiments that confirm the theoretical results that we obtain
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Tummala, Hareesh. "Simulations 3D par dynamique des dislocations du rôle des interfaces dans la plasticité de milieux confinés et applications aux LEDs." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAI096/document.
Full textAbstract:
La déformation plastique des matériaux cristallins classiques est surtout dominée par des dislocations et leurs interactions mutuelles. Pour les métaux nanocrystallines (nc), des mécanismes de joints de grains différents peuvent exister en plus des mécanismes basés sur la dislocation. La dépendance à l’égard, entre autres, la forme du grain, l’orientation des grains, la densité de dislocations initiale, la structure des joints de grains et conditions extérieures favorise un ou deux mécanismes de déformation par rapport aux autres. Ces mécanismes dominants dictent la réponse globale du métal nc. L’influence des caractéristiques de microstructure doit être mieux comprise individuellement et collectivement. Dans le cadre de cette thèse, des simulations de dynamique des dislocations discrète 3D (DD) ont été effectuéessur trois grains individuels de taille micronique de même volume, mais qui diffèrent leurs rapports d’aspect. La diminution de la localisation de la déformation plastique avec l’augmentation de rapport d’aspect du grain à été observée. En raison du mécanisme inter-dérapant amélioré, des grains ayant rapport de un aspect plus elevé. La réponse plastique anisotrope des grains allongés a été quantifiée en terme d’ampleur du back-stress sur chaque système de glissement. En outre, une version polycristalline de dynamique des dislocations couple avec des éléments finis a été utilisée pour étudier le comportement mécanique des couches minces de palladium libre avec des grains colonnaires. La densité de dislocations initiale prise en compte dans les simulations est proche de celle mesurée expérimentalement. Les simulationsde DD d’un polycristal avec 12 grains hexagonaux de tailles égales reproduisent correctement le comportement d’écrouissage. L’augmentation de la résistance observée avec la diminution de l’épaisseur du film a été capturé en utilisant une distribution de taille de grains hétérogène du polycristal. L’élément essentiel est que la probabilité de grains plus petits sans dislocations initiales augmente avec la diminution de l’épaisseur du film. La différence dans les contributions en back-stress résultant de la distribution de la taille des grains dans le film a également été quantifiée. Enfin, en adaptant le modèle de Read, l’influence d’une dislocation statique électriquement chargée sur les propriétés électriques des semi-conducteurs a été étudiéePlastic deformation of classical crystalline materials is mostly dominated by dislocations and their mutual interactions. In nanocrystalline (nc) metals, different grain boundary mechanisms may exist in addition to the dislocation-based mechanisms. The dependency on, among other, the grain shape, grain orientation, initial dislocation density, grain boundary structure and external conditions will promote one or two deformation mechanisms over others. These dominant mechanisms dictate the overall response of nc metal. The influence of the microstructural features needs to be better understood individually and collectively. In the scope of the thesis, 3D discrete dislocation dynamics (DD) simulations were performed on three micron-sized single grains of same volume but differing in aspect ratios. Localization of plastic deformation was observed to decrease with increasing grain aspect ratio. Due to the enhanced cross-slip mechanism, grains with higher aspectratio exhibit a softer behavior. The anisotropic plastic response of elongated grains was quantified interms of the magnitude of back-stress on each slip system. Further, a polycrystalline version of dislocation dynamics code coupled with a finite elements was used, to study the mechanical behavior of free-standing palladium thin films with columnar grains. The initial dislocation density considered in the simulations is close to the one measured experimentally. DD simulations of a polycrystal with 12 equally sized hexagonal grains properly reproduce the strain hardening behavior. The increase in strength observed with decreasing film thickness was captured using a heterogenous grain size distribution of the polycrystal. The key element is that the probability of smaller grains with no inital dislocations is increasingwith decreasing thickness of the film. Difference in the back-stress contributions arising from the grain size distribution in the film was also quantified. Finally, by adapting Read’s model, the influence of a static, electrically-charged dislocation on electrical properties in semiconductors was studied
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Gurrutxaga, Lerma Beñat. "A dynamic discrete dislocation plasticity model for the study of plastic relaxation under shock loading." Thesis, Imperial College London, 2014. http://hdl.handle.net/10044/1/42360.
Full textAbstract:
This thesis concerns with Dynamic Discrete Dislocation Plasticity (D3P), a planar method of discrete dis- location dynamics aimed at the study of plastic relaxation processes in crystalline materials subjected to weak shock loading and high strain rates. Traditionally, the study of plasticity under these condi- tions was based on experimental measurement of the macroscopic response of the material. Using these data, well-known macroscopic constitutive laws and equations of state have been formulated. However, direct simulation of dislocations as the dynamic agents of plasticity in those circumstances remains a challenge. In discrete dislocation dynamics (DDD) methods, in particular planar discrete dislocation plasticity (DDP), dislocations are modelled as discrete discontinuities in an elastic contin- uum. Current DDP and DDD methods are unable to adequately simulate plastic relaxation because they treat dislocation motion quasistatically, neglecting the time-dependent nature of the elastic fields and assuming that they instantaneously acquire the shape and magnitude predicted by elastostatics. This thesis proves that under shock loading, this assumption leads to models that invariably break causality. This thesis posits that these limitations can only be overcome with a fully time-dependent formulation of the elastic fields of dislocations. A truly dynamic formulation for the creation, annihi- lation, and nonuniform motion of straight edge dislocations is derived, extending the DDP framework to a fully elastodynamic formulation, D3P. This thesis describes the changes in paradigm that D3P poses, including retardation effects in dislocation interactions and the effect of the dislocation past history. The thesis then builds an account of all the methodological aspects of D3P that have to be modified from DDP, including mobility laws, generation rules, etc. Finally, the thesis explores the ap- plications D3P has to the study of plasticity under shock loading. It is found that, D3P elastodynamic formulation is able to explain the attenuation of the dynamic yield stress in a shock as a cumulative interference of elastic waves.
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O'Day, Michael P. "A new superposition framework for discrete dislocation plasticity : methodology and application to inhomogeneous boundary value problems /." View online version; access limited to Brown University users, 2005. http://wwwlib.umi.com/dissertations/fullcit/3174654.
Full text
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Zheng, Zebang. "Investigation of cold dwell facet fatigue in titanium alloys utilising crystal plasticity and discrete dislocation plasticity modelling techniques." Thesis, Imperial College London, 2016. http://hdl.handle.net/10044/1/58233.
Full textAbstract:
The focus of this project is the mechanistic basis of the load shedding phenomenon that occurs under the dwell fatigue loading scenario. A systematic study was carried out using modelling techniques at different length scales, from atomistic simulations to discrete dislocation plasticity and crystal plasticity, to investigate the effect of crystallographic orientations, localized dislocation behaviour, material intrinsic properties and external loading environments on the dwell sensitivity. A new mechanistic formalism for incorporating thermally activated dislocation escape into discrete dislocation plasticity modelling techniques is presented. The origin of the rate-sensitive behaviour of plasticity over strain rate regimes from 〖10〗^(-5) to 〖10〗^5 s^(-1) has been assessed with reference to three key mechanisms: dislocation nucleation, time of flight (dislocation mobility) and thermally activated escape of pinned dislocations. It is shown that nucleation and dislocation mobility explain rate-sensitive behaviour for strain rates in the range 〖10〗^2 to 〖10〗^5 s^(-1) while thermally-activated dislocation escape becomes the predominant rate-controlling mechanism at low strain rates. The new thermal activation DDP model was then use to investigate the soft-hard-soft rogue grain combination which is commonly associated with load shedding in Ti-6Al, Ti-6242 and Ti-6246 alloys. The application of Stroh’s dislocation pile-up model of crack nucleation to facet fracture was quantitatively assessed. Crystal plasticity modelling has been utilised to extract the thermal activation energies for pinned dislocation escape for Ti alloys based on independent experimental data. The activation energies determined are then utilised within the polycrystalline DDP model to predict the load shedding in the aforementioned alloys. The grain morphology and grain boundary penetrability effect were also studied but the key property controlling the load shedding is argued to be the time constant of the thermal activation process relative to that of the loading. The dwell sensitivity of Ti alloys was also found to be highly related to the temperature. The load shedding was found to diminish at very low or very high temperatures and maximum peak stress increase occurs at a higher temperature for a material with high activation energy. The deformation mechanisms under dwell fatigue loading are categorised into three scenarios and discussed separately.
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Srivastava, Kinshuk [Verfasser], and P. [Akademischer Betreuer] Gumbsch. "Atomistically-informed discrete dislocation dynamics modeling of plastic flow in body-centered cubic metals / Kinshuk Srivastava. Betreuer: P. Gumbsch." Karlsruhe : KIT-Bibliothek, 2014. http://d-nb.info/1054989516/34.
Full text
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Meng, Fanshi. "Simulations à l'échelle mésoscopique du comportement en fatigue de métaux CFC." Thesis, Université Grenoble Alpes, 2020. http://www.theses.fr/2020GRALI046.
Full textAbstract:
La fatigue est l'une des principaux mécanismes de défaillance des composants métalliques. les stades précurseurs de l'endommagement par fatigue concernent la période avant l'initiation et la propagation des fissures de fatigue et représente jusqu'à 90 % de la durée de vie en fatigue. De fait, la compréhension des mécanismes de l'endommagement par fatigue aux stades précurseurs est un enjeu clé pour am´eliorer la durée de vie opérationnelle des composants. Des études expérimentales ont montré l'importance des Bandes de Glissement Intensif (BGIs) en tant que sites de localisation de la plasticité et d'amorçage des fissures. Le but de cette thèse est de contribuer à la compréhension de la formation de microstructure de fatigue à l'échelle des dislocations avec l'aide de la dynamique de dislocations discrètes en 3D (DDD). Tout d'abord, des simulations de glissement simple sur monocristal de Cu sont réalisées. Le processus de formation des microstructures liées à l'organisation des dislocations à l'intérieur des PSB et l'évolution de la rugosité développée en surface sont élucidés. Pour un chargement de fatigue en cisaillement simple sous une amplitude de déformation imposée importante (>0.001), on observe une réorganisation progressive des dislocations dont la répartition initialement homogène dans le grain se transforme en des microstructures organisées en BGIs. Le processus est expliqué à partir de calculs des contraintes internes sur le système dévié. La stabilité des BGIs simulées est vérifiée en diminuant subitement l'amplitude du chargement après les avoir construites. Les simulations se comparent bien avec les observations expérimentales de la littérature. En outre, la comparaison entre Cu et l'acier inoxydable austénitique 316L confirme l'importance de la probabilité de glissement dévié pour la distribution et le nombre de BGIs. Des simulations de différentes combinaisons de glissements doubles sont également réalisées pour identifier l'effet des interactions de dislocations sur le comportement cyclique. Finalement, dessimulations cycliques de bi-cristaux et d'agrégats polycristallins sont réalisées grâce au nouveau code DDD dédié aux poly-cristauxFatigue is one of the main failure mechanism for metallic components. The early stages of fatigue refer to the period before the initiation and propagation of fatigue cracks, and accounts for up to 90% of fatigue life. Therefore, the understanding of fatigue damage mechanisms at the early stages is a key issue to improve the operational lifetime of components. Experimental studies have shed light on the importance of the Persistent Slip Band (PSB) as the sites of plasticity localization and subsequent initiation of cracks. The purpose of this thesis is to contribute to the understanding of the formation of fatigue microstructure at the scale of dislocations using 3D Discrete Dislocation Dynamics (DDD). First, simulations of single slip on Cu single crystal are realized. The formation process of the dislocation related microstructures inside PSBs and the surface roughness evolution are elucidated. Under a large strain (> 10−3), a transformation process of the homogeneously distributed dislocations into the organized PSBs is observed, which can be well explained from the diminution of the shear stress on the cross-slip plane. The stability of the numerical PSB is verified with a decreasing loading and is found to be comparable to experimental results. Besides, the comparison between Cu and AISI 316L austenitic stainless steel confirms the importance of cross-slip probability to the distribution and number of PSBs. Simulations of different double slip combinations are also realized to identify the effect of dislocation interactions on cyclic behavior. In the end, the preliminary cyclic simulations for bi-crystals and aggregates are launched with a newly developed DDD code for poly-crystals
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Gao, Siwen [Verfasser], Alexander [Gutachter] Hartmaier, and Marc [Gutachter] Fivel. "3D discrete dislocation dynamics study on fundamental creep mechanisms in single crystal superalloys / Siwen Gao ; Gutachter: Alexander Hartmaier, Marc Fivel." Bochum : Ruhr-Universität Bochum, 2016. http://d-nb.info/1116709686/34.
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Bertin, Nicolas. "On the role of lattice defects interactions on strain hardening: A study from discrete dislocation dynamics to crystal plasticity modelling." Diss., Georgia Institute of Technology, 2015. http://hdl.handle.net/1853/54370.
Full textAbstract:
This thesis focuses on the effects of slip-slip, slip-twin, and slip-precipitates interactions on strain hardening, with the intent of developing comprehensive modelling capabilities enabling to investigate unit processes and their collective effects up to the macroscopic response. To this end, the modelling strategy adopted in this work relies on a two-way exchange of information between predictions obtained by discrete dislocation dynamics (DDD) simulations and crystal plasticity laws informed by DDD. At the scale of lattice defects, a DDD tool enabling simulations on any crystalline structure is developed to model dislocation-dislocation, dislocation-twin and dislocation-particles interactions. The tool is first used to quantify the collective effect and strength of dislocation-dislocation interactions on latent-hardening, especially in the case of pure Mg. With regards to slip-twin interactions, a transmission mechanism is implemented in the DDD framework so as to investigate the collective effects of dislocation transmission across a twin-boundary. With respect to slip-particles interactions, an efficient novel DDD approach based on a Fast Fourier Transform (FFT) technique is developed to include the field fluctuations related to elastic heterogeneities giving rise to image forces on dislocation lines. In addition, the DDD-FFT approach allows for the efficient treatment of anisotropic elasticity, thereby paving the way towards performing DDD simulations in low-symmetry polycrystals. The information extracted from the collective dislocation interactions are then passed to a series of constitutive models, and later used to quantify their effects at the scale of the polycrystal. For such purpose, a constitutive framework capable of receiving information from lower scales and establishing a direct connection with DDD simulations is notably developed.
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Futhazar, Grégory. "Ondes en milieux hétérogènes discrets et continus : propagation, diffusion, cloaking." Phd thesis, Université Rennes 1, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00988910.
Full textAbstract:
Dans la première partie, on s'intéresse à la multi-diffusion d'une onde acoustique avec une matrice homogène 2D contenant N inclusions. Dans le cas particulier de deux inclusions, on met alors en évidence l'importance du contraste matrice/inclusion dans les termes d'interactions entre inclusions. Le cas général de la multi-diffusion, pour distribution aléatoire de N inclusions, est ensuite développé dans l'esprit de Foldy-Lax basé sur des moyennes d'ensembles. Ainsi on cherche à déterminer le nombre d'onde effectif de l'onde effective, définie comme la moyenne du champ total, dans le cas d'une onde incidente émise par un point source. La deuxième partie est consacrée au cloaking actif dans une plaque. On détermine ainsi les amplitudes modales des sources multipolaires afin d'éteindre une onde plane ou émise par un point source, dans une région donnée. En outre, cette méthode peut s'appliquer pour éteindre l'onde diffractée par un défaut. Enfin dans la dernière partie, on se propose d'étudier la propagation d'onde au sein d'un milieu comportant des dislocations. On utilise la géométrie de Riemann-Cartan afin de modéliser ce milieu continu. Afin d'illustrer les différences que peuvent induire deux définitions possibles de la déformation (spatiale et matérielle), nous étudions la propagation d'ondes 3D dans l'exemple simple d'un milieu continu avec une densité uniforme et stationnaire de défauts. L'anisotropie et l'atténuation sont présentes dans les deux modèles mais sous forme différente. Enfin la déformation matérielle induit des modes de respiration et, en régime haute fréquence, des ondes transverses qui suivent l'escalier en spirale de Cartan.
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Razafindrazaka, Mialy. "Simulation par dynamique 2,5D des dislocations discrètes de la localisation de la déformation dans le 316L irradié : application à la rupture intergranulaire." Saint-Etienne, EMSE, 2008. http://www.theses.fr/2008EMSE0029.
Full textAbstract:
Les inox irradiés présentent une déformation hétérogène, localisée dans des « bandes claires », qui peut contribuer à la corrosion sous contrainte assistée par l’irradiation (IASCC). Nous évaluons cette contribution par dynamique des dislocations discrètes. Nous identifions un modèle plastique incluant des mécanismes élémentaires tridimensionnels : tension de ligne, formation/destruction de jonctions, balayage des défauts d’irradiation. Nous reproduisons l’adoucissement d’écrouissage associé aux canaux clairs. Dans un second temps, le modèle est appliqué à un bi-cristal fissuré. Le développement de la plasticité au travers une densité forte d’obstacles entraîne la formation d’une bande de glissement primaire dense à la pointe de la fissure. Les empilements de dislocations sont relaxés par l’activation du système secondaire qui interagit avec le joint de grains en avant de la fissure. En amplifiant ces effets, le balayage des défauts d’irradiation favorise la rupture intergranulaireIrradiated austenitic stainless steel display a localization of deformation in “clear channels”, which may contribute to Irradiation-Assisted Stress Corrosion Cracking (IASCC). We assess this contribution using a bi-dimensional discrete dislocation dynamics simulation of plasticity. We first identify a plastic model that includes 3-dimensional plasticity mechanisms such as the line tension, junction formation and destruction, sweeping of irradiation defects by mobile dislocations. We reproduce the strain-softening associated to the formation of clear bands. We then apply this model to the case of a cracked bi-crystal. A high density of point obstacles induces the formation of an intense primary slip band ahead of the crack-tip. Dislocation pile-ups are relaxed by the activation of a secondary slip system, which in turn interacts with the grain boundary ahead of the crack. By amplifying these effects, the sweeping of irradiation defects favours intergranular brittle fracture
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Jonsson, Anders. "Integral equation methods for fracture mechanics and micro-mechanical problems." Doctoral thesis, KTH, Solid Mechanics, 2002. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-3336.
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Montagne, Alex. "Mécanismes de déformation précédant et accompagnant le phénomène de pop-in lors d'un essai de nanoindentation sur un monocristal d'oxyde de magnésium." Phd thesis, Université de Poitiers, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00664296.
Full textAbstract:
Les travaux exposés dans cet ouvrage portent sur le comportement mécanique de l'oxyde de magnésium (MgO) sous nanoindentation. L'étude est plus particulièrement focalisée sur les mécanismes élémentaires de déformation précédant et accompagnant le pphénomène de pop-in. L'observation de la surface autour des zones indentées, et en particulier des lignes de glissement, a été réalisée par microscopie à force atomique (AFM). La structure en volume des dislocations nucléées lors de l'essai de nanoindentation a été explorée par une technique de tomographie couplant polissage mécano-chimique (CMP) et nano-attaque chimique. Ces études expérimentales ont été confrontées à des simulations numériques menées à l'aide d'un code de dynamique de dislocations discrètes (DDD) couplé à un code éléments finis. Une étude bibliographique présentant en particulier les mécanismes de plasticité associés au phénomène de pop-in est tout d'abord proposée. Des expériences menées sur des échantillons présentant une très faible concentration de défauts sont ensuite présentées. Les résultats expérimentaux montrent que contrairement à l'idée communément admise, la déformation précédant le pop-in n'est pas nécessairement purement élastique. Par la suite, l'introduction contrôlée de défauts (défauts ponctuels, dislocations) dans le matériau a permis d'étudier leur influence sur les mécanismes initiaux de plasticité. Enfin, les simulations numériques ont permis d'accéder au comportement des dislocations individuelles dans le champ de contraintes complexe généré par l'indenteur tout au long d'un cycle d'indentation. Ces résultats apportent un éclairage sur les comportements observés expérimentalement.
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Xu, Yilun. "On the development of a multi-scale modelling framework to study plasticity and damage through the coupling of finite element crystal plasticity and discrete dislocation plasticity." Thesis, Imperial College London, 2015. http://hdl.handle.net/10044/1/52630.
Full textAbstract:
The microstructure of polycrystalline materials crucially determines their mechanical performance in engineering applications. A multi-scale modelling approach is capable of representing the microstructure and thus capturing the material performance for various resolution requirement at different scales. Besides, the application of multi-scale modelling effectively reduces expense and improves efficiency of computations without loss of accuracy at sensitive zones. A method of concurrent coupling of planar discrete dislocation plasticity (DDP) and a crystal plasticity finite element (CPFE) method was devised for simulating plastic deformation in large polycrystals with discrete dislocation resolution in a single grain or cluster of grains for computational efficiency; computation time using the coupling method can be reduced by an order of magnitude compared to DDP. The method is based on an iterative scheme initiated by a sub-model calculation, which ensures displacement and traction compatibility at all nodes at the interface between the DDP and CPFE domains. The proposed coupling approach is demonstrated using two plane strain problems: (i) uniaxial tension of a bi-crystal film and (ii) indentation of a thin film on a substrate. The latter demonstrated that the rigid substrate assumption used in earlier discrete dislocation plasticity studies is inadequate for indentation depths that are large compared to the film thickness, i.e. the effect of the polycrystalline plastic substrate modelled using CPFE becomes important. The coupling method can be used to study a wider range of indentation depths than previously possible using DDP alone, without sacrificing the indentation size effect regime captured by DDP. A comprehensive indentation pressure formula has been developed by applying the proposed multi-scale modelling approach on a polycrystalline coating system. Planar nano-sliding and fretting calculations have been performed on thin films modelling by CPFE and DDP at different scales. Results of CPFE simulations provide an understanding of the role of microstructure on the plasticity and crack initiation during a contact problem. Beside, a new DDP computational framework has been proposed for a nano-fretting problem which is able to capture the contact size effect, simulate the dislocation evolution and predict the surface profile variation of thin films. Calculations of DDP simulations potentially provide CPFE simulations with fatigue parameters that is of more physical significance. The method is general and can be applied to any problem where finer resolution of dislocation mediated plasticity is required to study the mechanical response of polycrystalline materials, e.g. to capture size effects locally within a larger elastic/plastic boundary value problem. Also, the model described here will provide further opportunities for directly coupled, three-tiered multi-scale models compromising an overall macroscopic continua having embedded crystal plasticity and discrete dislocation plasticity models, respectively, as the length scale decreases in the area of interest. Finally, the methodology of the proposed coupling method will shed light on archiving a general compatibility of sub-regions and thus benefit other researchers who are working on coupling methods among other scales.
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Groh, Sébastien. "Simulation de la plasticité des matériaux cristallins par le modèle discret-continu." Paris 11, 2003. http://www.theses.fr/2003PA112141.
Full textAbstract:
L'objectif de ce travail consiste à dépasser l'étude de la plasticité du monocristal en analysant des situations qui mettent en jeu des sources de contraintes internes liées à la présence simultanée de dislocations et d'interfaces internes ou externes, pouvant ou non conduire à des effets de taille. Dans ce but, il est nécessaire de résoudre simultanément le comportement dynamique des dislocations et un problème: de conditions aux limites. Pour cela, nous avons poursuivi le développement du modèle discret-continu (MDC) initié par Lemarchand et al. En y ajoutant une règle locale à courte distance pour le traitement des interactions et des réactions entre dis- locations. De plus, nous avons réalisé une optimisation du calcul d'homogénéisation de la déformation plastique. Ces deux avancées permettent maintenant d'utiliser cette simulation hybride pour modéliser des matériaux structurés dans lesquels la densité de dislocations est importante. La première application réalisée avec le MDC a consisté à étudier la relaxation des contraintes internes dans une couche mince de cuivre hétéro-épitaxiée sur différents substrats. En élasticité isotrope, on retrouve les résultats prédits par le modèle de Matthews et Blakeslee. Nous montrons ensuite comment l'élasticité anisotrope modifie les prédictions de l'épaisseur critique à partir de laquelle on commence à créer le réseau de dislocations d'interface, permettant ainsi se rapprocher des données expérimentales. Enfin, nous avons comparé deux orientations de couches, et contrairement à ce qui peut être obtenu à l'aide de l'élasticité isotrope nous montrons que l'élasticité anisotrope permet de retrouver le fait qu'une couche [111] est plus "dure" qu'une couche [001]. Dans un second temps, nous avons étudié le comportement mécanique d'un composite à matrice métallique Al /Al2O3 soumis à deux types de chargements, longitudinal et transverse. Dans un tel système, la densité de dislocations est grande et les sources de contraintes internes sont multiples. Les résultats obtenus montrent clairement la présence d'un effet de taille présent dès la limite d'élasticité, dont l'évolution en fonction de la distance inter-fibres peut être décrite à l'aide d'une loi d'Orowan. Ce résultat pose le problème de la composition de différents mécanismes élémentaires dans des matériaux complexesThis work aims at going beyond traditional studies of single crystal plasticity by analysing situations in which sources of internal stress arise from the presence of dislocations as well as from internal or external interfaces, possibly leading to size effects. Then, it is necessary to solve simultaneously a dislocation dynamics problem and a boundary value problem. For this purpose, we extended the development of the discrete-continuum model (DCM) initiated by Lemarchand et al. . The main two achievements consisted in implementing a local rule for the short-range interactions and reactions between dislocations and optimising the calculation of homogenisation step for the plastic strain. These two advances make it now possible to perform mass simulations with the DCM, on model structured materials containing large dislocation densities. The first application carried out with the DCM consisted in studying the critical thickness for the relaxation of internal stresses in hetero-epitaxial copper thin films deposited on different substrates. In isotropic elasticity, we obtained the results predicted long ago by Matthews and Blakeslee. However, we showed that anisotropic elasticity modifies this prediction in a sense consistent with experimental observations. We also compared two film orientations and showed that, in contrast with the prediction of isotropic elasticity and in conformity with experiment, [111] films are harder than [001] films. A second application dealt with the mechanical behaviour of an Al /Al2O3 metal matrix composite loaded in either the longitudinal or the transverse direction. In this case, the dislocation density is substantial and the internal stresses have different origins. A size effect has been characterised and is discussed in some detail. The variations of the yield stress can be predicted using the Orowan's law. This result poses the problem of the composition of the different elementary mechanisms that are active in complex materials
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Oussaily, Aya. "Étude théorique et numérique des systèmes modélisant la dynamique des densités des dislocations." Thesis, Compiègne, 2021. https://bibliotheque.utc.fr/Default/doc/SYRACUSE/2021COMP2634.
Full textAbstract:
Dans cette thèse, nous nous intéressons à l’analyse théorique et numérique de la dynamique des densités des dislocations. Les dislocations sont des défauts linéaires qui se déplacent dans les cristaux lorsque ceux-ci sont soumis à des contraintes extérieures. D’une manière générale, la dynamique des densités des dislocations est décrite par un système d’équations de transport, où les champs de vitesse dépendent de manière non-locale des densités des dislocations. Au départ, notre travail se focalise sur l’étude d’un système unidimensionnel (2 × 2) de type Hamilton-Jacobi dérivé d’un système bidimensionnel proposé par Groma et Balogh en 1999. Pour ce modèle, nous montrons un résultat d’existence globale et d’unicité. En addition, nous nous intéressons à l’étude numérique de ce problème, complété par des conditions initiales croissantes, en proposant un schéma aux différences finies implicite dont on prouve la convergence. Ensuite, en s’inspirant du travail effectué pour la résolution de la dynamique des densités des dislocations, nous mettons en œuvre une théorie plus générale permettant d’obtenir un résultat similaire d’existence et d’unicité d’une solution dans le cas des systèmes de type eikonal unidimensionnels. En considérant des conditions initiales croissantes, nous faisons une étude numérique pour ce système. Sous certaines conditions de monotonies sur la vitesse, nous proposons un schéma aux différences finies implicite permettant de calculer la solution discrète et simuler ainsi la dynamique des dislocations à travers ce modèleIn this thesis, we are interested in the theoretical and numerical studies of dislocations densities. Dislocations are linear defects that move in crystals when those are subjected to exterior stress. More generally, the dynamics of dislocations densities are described by a system of transport equations where the velocity field depends non locally on the dislocations densities. First, we are interested in the study of a one dimensional submodel of a (2 × 2) Hamilton-Jacobi system introduced by Groma and Balogh in 1999, proposed in the two dimensional case. For this system, we prove global existence and uniqueness results. Adding to that, considering nondecreasing initial data, we study this problem numerically by proposing a finite difference implicit scheme for which we show the convergence. Then, inspired by the first work, we show a more general theory which allows us to get similar results of existence and uniqueness of solution in the case of one dimensional eikonal systems. By considering nondecreasing initial data, we study this problem numerically. Under certain conditions on the velocity, we propose a finite difference implicit scheme allowing us to calculate the discrete solution and simulate then the dislocations dynamics via this model
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Chen, Shung-Tzung, and 陳修宗. "Discrete Dislocation Dynamics Simulation in Homogenous and Isotropic Media." Thesis, 2009. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/41780412516797368907.
Full textAbstract:
碩士國立成功大學
土木工程學系碩博士班
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Defects play an important role in metal mechanics behavior. Dislocation (line defect) relate to metal plastic deformation, damping, strain hardening and creep phenomenon. Since Volterra provide cut cylinder deformed model, dislocation study is an essential material science subject always. However, computation of dislocation is still difficult due to complicated formula and large dislocation numbers in material. The relationships between dislocations calculate results and macroscopic mechanical properties didn’t connect perfectly. Discrete dislocation dynamic (DDD) simulation is a numerically simulation approach. Firstly, one adopts simple components (ex. straight segments) which replaces complex geometry with piece-wise line. And take advantage of computer operation ability to handle large computation work. This thesis represents dislocation by node and line segment to set up geometry model. Apply straight segment dislocation stress equations to calculate each segment interaction stresses then overlap external stresses. By Peach-Koehler formula, one obtains dislocation line force. Consider force balance between driven force and viscous drag resistant force during dislocation moving. Finally, one derives a first-order differential equation which be solved by numerical integrator (Euler trapezoidal method). In practices, a Matlab code program simulates dislocation mobility behavior. In Frank-Read (FR) source simulation, the time which forms a dislocation loop is proportional to viscous drag coefficient and obstacle distance linearly. And the FR formation time decreases rapidly as applied stress increases. In 0.75 GPa stress level, the formation time versus obstacle distance ratio is 9.3 ns/nm. In 2.0 GPa stress level, the formation time versus obstacle distance ratio is 3.0 ns/nm. Keyword: Discrete dislocation dynamics, Granato-Lücke damping, Frank-Read source
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Ma, Jin. "Multiscale simulation using the generalized interpolation material point method, discreet dislocations and molecular dynamics." 2006. http://digital.library.okstate.edu/etd/umi-okstate-1823.pdf.
Full text
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Keralavarma, Shyam Mohan. "A Contribution to the Modeling of Metal Plasticity and Fracture: From Continuum to Discrete Descriptions." Thesis, 2011. http://hdl.handle.net/1969.1/ETD-TAMU-2011-12-10342.
Full textAbstract:
The objective of this dissertation is to further the understanding of inelastic behavior in metallic materials. Despite the increasing use of polymeric composites in aircraft structures, high specific strength metals continue to be used in key components such as airframe, fuselage, wings, landing gear and hot engine parts. Design of metallic structures subjected to thermomechanical extremes in aerospace, automotive and nuclear applications requires consideration of the plasticity, creep and fracture behavior of these materials. Consideration of inelasticity and damage processes is also important in the design of metallic components used in functional applications such as thin films, flexible electronics and micro electro mechanical systems.
Fracture mechanics has been largely successful in modeling damage and failure phenomena in a host of engineering materials. In the context of ductile metals, the Gurson void growth model remains one of the most successful and widely used models. However, some well documented limitations of the model in quantitative prediction of the fracture strains and failure modes at low triaxialities may be traceable to the limited representation of the damage microstructure in the model. In the first part of this dissertation, we develop an extended continuum model of void growth that takes into account details of the material microstructure such as the texture of the plastically deforming matrix and the evolution of the void shape. The need for such an extension is motivated by a detailed investigation of the effects of the two types of anisotropy on the materials' effective response using finite element analysis. The model is derived using the Hill-Mandel homogenization theory and an approximate limit analysis of a porous representative volume element. Comparisons with several numerical studies are presented towards a partial validation of the analytical model.
Inelastic phenomena such as plasticity and creep result from the collective behavior of a large number of nano and micro scale defects such as dislocations, vacancies and grain boundaries. Continuum models relate macroscopically observable quantities such as stress and strain by coarse graining the discrete defect microstructure. While continuum models provide a good approximation for the effective behavior of bulk materials, several deviations have been observed in experiments at small scales such as an intrinsic size dependence of the material strength. Discrete dislocation dynamics (DD) is a mesoscale method for obtaining the mechanical response of a material by direct simulation of the motion and interactions of dislocations. The model incorporates an intrinsic length scale in the dislocation Burgers vector and potentially allows for size dependent mechanical behavior to emerge naturally from the dynamics of the dislocation ensemble. In the second part of this dissertation, a simplified two dimensional DD model is employed to study several phenomena of practical interest such as strain hardening under homogeneous deformation, growth of microvoids in a crystalline matrix and creep of single crystals at elevated temperatures. These studies have been enabled by several recent enhancements to the existing two-dimensional DD framework described in Chapter V.
The main contributions from this research are: (i) development of a fully anisotropic continuum model of void growth for use in ductile fracture simulations and (ii) enhancing the capabilities of an existing two-dimensional DD framework for large scale simulations in complex domains and at elevated temperatures.