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Dissertations / Theses on the topic 'Dislocations'
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Bigger, James R. K. "Dislocations in semiconductors." Thesis, University of Oxford, 1992. http://ora.ox.ac.uk/objects/uuid:2be9288d-caee-4070-b535-b8fc6406b4d1.
Full textAbstract:
A set of codes with 3D periodic boundary conditions has been developed to model dislocations in semiconductors. Several schemes have been used to investigate the atomic structure of dislocations; classical potentials incorporated in a Molecular Dynamics framework, a tightbinding k-space scheme and ab initio pseudopotential codes developed at Cambridge and Edinburgh. An error has been detected in previous work that modelled dislocations using periodic boundary conditions. It is demonstrated, for the 90° and 30° Shockley partials, that a mismatch at the periodic boundaries leads to erroneous atomic and particularly electronic structures. A new approach is proposed which through its geometry obviates this problem. The Stillinger Weber potential has been found to predict a completely new type of reconstruction for the 90° partial. Recent work by other authors confirms this and predicts significantly different results to earlier work. A thorough investigation has been made into the bonding processes involved in the core of the 90° partial. This study has involved reproducing much of the earlier work to understand why there has been such poor agreement between various authors. The reconstruction of the 90° partial is found to involve a symmetry lowering displacement intimately connected to its electronic structure. The band-gap is predicted to be clear of states, except for the possibility of shallow states at both band edges, which contradicts the findings of the most recent work on this partial by other authors. The interaction of phosphorous with the 90° partial has been studied using the tightbinding model. The Hamiltonian has been parameterised by comparing the predictions to an earlier ab initio cluster method study. Good qualitative agreement with the ab initio work is obtained, including the prediction of a strong dislocation locking effect by phosphorous. Preliminary studies on the unreconstructed 30° partial show that phosphorous is strongly bound to the three-fold coordinated sites resulting in no states in the indirect band-gap. The modelling of interstitial copper at the core of the 90° partial has been initiated. The ab initio codes have been used and new silicon and copper pseudopotentials tested. The first attempt to model copper located interstitially in the core was not successful and the reasons for this have been identified. However, it is evident from this investigation that the neutral copper strongly repels and does not form bonds with the surrounding silicon atoms. A review is given of two techniques that have been developed to obtain the thermally averaged structure and concentration of vacancies at dislocations, together with a preliminary investigation on the Frank partial.
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Falkner, Aryanna M. "Dislocations: Short Stories." Bowling Green State University / OhioLINK, 2020. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=bgsu1586438288966435.
Full text
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Chen, Qian. "Evolution, interaction, and intrinsic properties of dislocations in intermetallics anisotropic 3D dislocation dynamics approach /." [Ames, Iowa : Iowa State University], 2008.
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Portelette, Luc. "Analyse des mécanismes de glissement des dislocations dans l'UO2 à l'aide de la modélisation multi-échelles comparée à l'expérience." Thesis, Aix-Marseille, 2018. http://www.theses.fr/2018AIXM0406/document.
Full textAbstract:
Dans l'étude des éléments combustibles des réacteurs à eau pressurisée, cette thèse s'inscrit dans la compréhension et la modélisation du comportement viscoplastique du dioxyde d'uranium (UO2) à l'échelle du polycristal. Lors de fonctionnement de type incidentel du réacteur, le combustible subit une forte élévation de la température avec un gradient thermique de la pastille engendrant des déformations viscoplastiques contrôlées par des mouvements de dislocations. D'abord, un modèle de plasticité cristalline a été développé de manière à décrire l’anisotropie viscoplastique du matériau en fonction de la température et de la vitesse de sollicitation. Des simulations par éléments finis (EF) sur monocristaux ont permis d’identifier que les trois modes de glissement généralement observés dans l'UO2 sont importants pour décrire le comportement anisotrope du matériau. Dans un second temps, les coefficients de la matrice d'interactions entre dislocations ont été déterminés spécifiquement pour l’UO2 afin d’améliorer la modélisation des polycristaux. En effet, en calculant par EF les dislocations géométriquement nécessaires, qui sont responsables d’une forte augmentation de la densité de dislocations stockées dans les polycristaux, les interactions entre dislocations permettent de simuler l’effet dé taille de grain et l’écrouissage des pastilles. Finalement, le modèle, adapté pour les polycristaux, a été validé par comparaison avec les essais expérimentaux sur pastille et par comparaison du comportement intra-granulaire simulé avec des mesures EBSD. Grâce à cette dernière comparaison, il est possible de remonter indirectement aux hétérogénéités de déformation dans les grains<br>This thesis is part of the study of fuel elements of pressurized water reactors and, more specifically, focus on the understanding and modelling of the viscoplastic behavior of uranium dioxide (UO$_2$) at polycrystalline scale. During the incidental operation of the reactor, the fuel undergoes a strong increase of temperature and thermal gradient between the center and the periphery of the pellet leading to viscoplastic strains due to dislocation movement mechanisms. First, a crystal plasticity model was developed in order to describe the viscoplastic anisotropy of the material considering the temperature and the loading rate. Finite element (FE) simulations on single crystals enabled to highlight that the three slip modes generally observed in UO$_2$ are crucial to describe the anisotropic behavior of the material. Secondly, coefficients of the interaction matrix have been identified specifically for UO$_2$ in order to improve the polycrystal modelling. Indeed, by calculating geometrically necessary dislocations (GNDs), which are responsible of the great increase of the stored dislocation density in polycrystals, the interactions between dislocations enable to simulate de grain size sensitivity and hardening of the fuel pellet. Finally, the model adapted for polycrystals, have been validated by comparing FE simulations with pellet compression tests and by comparing the simulated intra-granular behavior with EBSD measurements. Thanks to the latter comparison, it is possible to indirectly compare the strain heterogeneities in the grains
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Bourcier, Charline. "Les dislocations de l'espace pictural." Thesis, Aix-Marseille, 2015. http://www.theses.fr/2015AIXM3096.
Full textAbstract:
En 1962, Gerhard Richter peint Tisch. Dans ce tableau, une table représentée en perspective est biffée par une violente gestualité. L’espace pictural s’érige entre l’illusion de profondeur et l’affirmation matérielle de la toile et de la peinture. Impulsée par une pratique personnelle, mise en regard avec le travail actuel de jeunes artistes héritiers des altérations fécondes de Richter, tels que Adrian Ghenie, Duncan Wylie ou Stephen Bush, Les dislocations de l’espace pictural se penche sur les relations dynamiques qui animent une figuration en tension entre l’image et le pictural. Taches, semis et coulures déstabilisent les assises iconiques tout en créant des mondes ambigus. L’espace pictural oscille entre dextérité et lâcher-prise. L’inachèvement et les réserves exposent au regard les vacillements de ses strates constitutives<br>Gerhard Richter painted Tisch in 1962. In this painting, a table, which is represented in perspective, has been erased with a violent gestural brushstroke. The pictorial space stands between the illusion of depth and the emphasized materiality of the canvas and the painting. The dislocations of the pictorial space, fostered by Richter’s personal practice and supplemented with the work of current young artists, heirs to his productive alterations, such as Adrian Ghenie, Duncan Wylie or Stephen Bush, these dislocations show the dynamic relationships which animate a figuration in tension with the picture and the painting. Stains, patterns, and streaks destabilize established iconic values while creating ambiguous worlds. The pictorial space oscillates between dexterity and letting go. The incompleteness and the reserves display the wavering of its constitutive layers
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Ren, Qiang. "Dislocations in monolayers and semiconductors." Thesis, University of Ottawa (Canada), 1995. http://hdl.handle.net/10393/10014.
Full textAbstract:
Four different aspects of the properties of dislocations in monolayer and semiconductors have been investigated: (i) Using atomic relaxation techniques, dislocation dipoles of various sizes and orientations have been studied for monolayers with the Lennard-Jones potential (LJP) and the nearest-neighbour piecewise linear force (PLF) interactions. In the WP system the lower energy vacancy dipoles have over a wide range of angles an energy which is mainly a function of the vacancy content of the dipole. There is a competition between the elastic forces and the topological constraints which favour a five-fold coordinate vacancy (FCV) at the centre of each core. For the short range PLF system the lattice usually compresses upon the introduction of a dislocation, a consequence of the soft core of the interaction potential, and interstitial dipoles are lower in energy. For the long range LJP system the dislocations are mobile whereas for the PLF system they are pinned. The relevance of these results to existing theories of melting are discussed. (ii) Using generalized stacking-fault (GSF) energies obtained from first-principles density-functional calculations, a zero-temperature model for dislocations in silicon is constructed within the framework of a Peierls-Nabarro (PN) model. Core widths, core energies, PN pinning energies, and stresses are calculated for various possible perfect and imperfect dislocations. Both shuffle and glide sets are considered. 90$\sp\circ$ partials are shown to have a lower Peierls stress (PS) than 30$\sp\circ$ partials in accord with experiment. (iii) We have also studied by atomic relaxation techniques the properties of dislocations in silicon, modelled by the empirical potential of Stillinger and Weber. In order to compare with the preceding calculation no reconstruction is allowed. We find no evidence of dissociation in the shuffle dislocations. Within this model shuffle dislocations glide along their slipping planes. On the other hand, glide sets are shown to glide only in dissociated form. The dislocation displacement fields are essentially planar. The PS is found to be isotropic within the (111) plane. In other words the minimum stress at 0K required to move the dislocation in any direction with in that plane has the same projection unto the Burgers vector, the PS of the dislocation. Our PS are in good agreement with those from (ii). (iv) Using a simple two dimensional UP model, relaxation mechanisms of the epitaxial strain layers (ESL) have been simulated for various misfits and layer thickness. In this model, the relationship of two competing relaxation mechanisms is found. At small misfit, strain is released by nucleating misfit dislocations from the edges of system. This process is more favourable for the thicker layer. At large misfit, stress is relaxed through surface instability, allowing easy generation of misfit dislocations from the surface. Those results are qualitatively in agreement with experiments.
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Valladares, Alexander. "Modelling of dislocations in silicon." Thesis, University of Oxford, 1999. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.302400.
Full text
8
Kolodzie, Annette Therese. "EELS at dislocations in diamond." Thesis, University of Cambridge, 2004. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.615749.
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9
Madec, Ronan. "Des intersections entre dislocations à la plasticité du monocristal CFC : étude par dynamique des dislocations." Paris 11, 2001. http://www.theses.fr/2001PA112239.
Full textAbstract:
Nous avons mis au point une simulation tridimensionnelle de la dynamique des dislocations et de leurs interactions. L'objectif est d'étudier la plasticité du monocristal CFC à partir d'une description réaliste des mécanismes physiques élémentaires qui la gouvernent. La simulation Mixte est une dynamique des dislocations à caractère de ligne discrétisé, qui permet de traiter de façon parfaitement rigoureuse les jonctions entre dislocations. En outre, elle est pourvue de conditions aux limites périodiques qui permettent d'équilibrer automatiquement les flux de dislocations entrant et sortant du volume simulé et de définir sans ambigui͏̈té la densité de dislocations. Une première application nous a conduits à étudier l'écoulement plastique dans les monocristaux CFC. Sans aucun paramètre ajustable, on retrouve la loi d'échelle de la forêt et la force globale des obstacles sécants. Nous avons ensuite cherché à dégager la contribution des différentes interactions entre systèmes de glissement. Leur force est très variable. Les interactions dipolaires sont faibles, tandis que les jonctions constituent bien, globalement, des obstacles durs. L'interaction entre systèmes primaire et dévié, qui a jusqu'ici soulevé peu d'intérêt, apparaît enfin comme étant la plus forte de toutes. Ce résultat surprenant mérite d'être étudié en détail car il est susceptible d'apporter de nouvelles réponses à des problèmes mal compris comme la formation de microstructures de dislocations organisées et le poids relatif des termes diagonaux et non-diagonaux dans les matrices d'écrouissage<br>A new three-dimensional simulation of dislocation dynamics and interactions bas been designed with the objective of investigating the plasticity of FCC single crystals from a physical viewpoint. In this "Mixed model" the line character is discretised into screw, edge and mixed orientations, which allows in particular to perform an accurate description of the formation and destruction of junctions between dislocations. In addition, periodic boundary conditions are included, which allows to obtain a balance of dislocation fluxes in the simulated volume and a realistic description of the dislocation densities. The first applications were concerned with plastic flow in FCC single crystals. The scaling law of the forest model and the average strength of secant obstacles were obtained without any fitting parameter. Then, the specific contribution of each different interaction between glide systems was measured. The corresponding strengths are rather uneven. Dipolar interactions are weak, while junctions constitute on the whole strong obstacles as expected. The interaction between one slip system and its cross-slipped system, which bas been largely ignored until now, appears to be the strongest. This surprising result calls for an exhaustive study. Indeed, it may bring new answers to pending questions related to the formation of patterned microstructures and the relative contribution of diagonal and cross coefficients in the hardening matrix
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Landeiro, dos Reis Marie. "Étude de l'interaction dislocation - amas de lacunes par simulations numériques." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLS311/document.
Full textAbstract:
Des amas de lacunes ont été observés et caractérisés expérimentalement dans les métaux de haute pureté après déformation plastique ou après une suite de traitements thermiques particuliers. Ces amas sont des obstacles à la propagation des dislocations et peuvent par conséquent induire un durcissement du métal.Cette étude par simulations numériques a permis d'explorer différents mécanismes de propagation de dislocations dans une concentration d'amas en fonction de la contrainte de cisaillement appliquée et de la température. À haute contrainte, la force appliquée sur la dislocation devient supérieure aux forces d'ancrage s’exerçant sur la ligne. La dislocation franchit la distribution d'amas en glissant et en cisaillant les amas. La dépendance de la force d'ancrage en fonction de la taille de l'amas est ajustée sur nos simulations de statique moléculaire. Dans ce domaine de contrainte, les configurations d'amas ancrant la dislocation sont rares et l'activation thermique suffit à désancrer la ligne. La probabilité de désancrer la ligne dépend de l'enthalpie d'activation, un paramètre que nous avons également estimé à l'aide d'un modèle analytique ajusté sur nos résultats atomistiques. À plus faible contrainte, lorsque la force appliquée est inférieure aux forces d'ancrage induites par les amas, la probabilité que la dislocation se désancre uniquement par glissement devient faible. La diffusion des lacunes, émises préférentiellement des amas, intervient alors et favorise la formation de crans. Cela contribue au désancrage de la ligne. Ce mécanisme est le glissement assisté par la montée. Les barrières d'émission, d'absorption et de migration de lacunes ont été déterminées par statique moléculaire et sont fortement dépendantes du champ élastique et de la distorsion du réseau atomique générés par la présence de la dislocation. Cela induit une forte anisotropie de diffusion au voisinage des dislocations qui conduit notamment au mécanisme de 'pipe diffusion'. L'évolution au cours du temps de l'ensemble de ces mécanismes a été étudiée à l'aide d'un modèle de ligne élastique couplé à un algorithme de Monte Carlo cinétique dont l'ensemble des barrières d'énergie provient de nos simulations atomistiques. Moyennant les hypothèses du modèle, nous avons alors obtenu une estimation de la vitesse des dislocations en fonction de la contrainte et de la température appliquée. Nous avons ensuite utilisé la loi d'Orowan pour estimer la vitesse de déformation liée à ces mécanismes<br>Vacancy clusters have been observed and characterized experimentally in highly pure metals after plastic deformation or after a particular sequence of heat treatments. These clusters hinder the dislocation propagation and can therefore harden the metal.Using numerical simulations we have explored different mecanisms of dislocation propagation through a vacancy-cluster distribution, for several applied shear stress and temperature. At high stresses, the force applied on the dislocation becomes greater than the pinning forces acting on the line. The dislocation gets through the cluster distribution by gliding and shearing the clusters. The dependence of the pinning force with the cluster size is adjusted on our molecular static simulations. In this stress range, the pinning configurations are rare and the thermal activation is sufficient to unpin the line. The probability for the line to pass the pinning configuration depends on the activation enthalpy, a parameter that we have also estimated using an analytical model adjusted on our atomistic results. At lower stresses, when the applied force is below the pinning forces induced by the cluster, the probability that the dislocation unpins by pure glide becomes negligeable. The diffusion of vacancies, emitted preferentially from the vacancy clusters, intervenes and promotes the formation of jogs that contributes to the unpinning of the line. Such a mecanism is the glide assisted by climb. The emission, the absorption and the vacancy migration barriers have been determined by molecular static and are highly dependent on the elastic field and the atomic network distortion induced by the dislocation. This promotes a strong diffusion anisotropy in the vicinity of the dislocations which leads in particular to the pipe diffusion mechanism. The evolution with time of all these mechanisms has been studied using an elastic line model coupled to a kinetic Monte Carlo algorithm in which the parameters come from our atomistic simulations. According to the model assumptions, we obtained an estimation of dislocation velocity as a function of the applied shear stress and the temperature. We used the Orowan's law to estimate the strain rate related to such mechanisms
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Haziot, Ariel. "Mouvement des dislocations dans l'hélium-4." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00856731.
Full textAbstract:
Nous avons découvert que le module de cisaillement des monocristaux d'hélium-4 présentait une grande réduction dans une direction particulière quand les dislocations se déplacent librement. Cette "plasticité géante" (car due au mouvement des dislocations) apparaît à suffisamment basse température lorsque les phonons thermiques disparaissent et se poursuivrait jusqu'au zéro absolu si les impuretés d'hélium-3 étaient supprimées. En étudiant des monocristaux d'orientations différentes, nous avons identifié le plan de glissement des dislocations : le plan de base de la structure hexagonale compacte. Dans la région de plasticité géante, nous n'avons détecté aucune dissipation et avons observé un comportement linéaire pour certains monocristaux jusqu'à 10 mK et pour des contraintes extrêmement faibles de l'ordre du nanobar. Cela indique que les dislocations se déplacent librement sans avoir à franchir de barrières de Peierls comme cela est supposé par la théorie de Granato-Lücke. Nous avons aussi démontré que l'amortissement apparaissant à plus haute température est causé par des collisions avec les phonons thermiques, ce qui nous a permis de mesurer précisément la densité (entre 10^4 et 10^6 cm^-2 en fonction de la qualité des cristaux) et la longueur libre (entre 50 et 200 microns) des dislocations et de montrer que ces dislocations sont regroupées en sous-joints et étaient donc très peu connectées. Ces résultats réfutent la plupart des scénarios expliquant le possible état supersolide de l'hélium-4. Une dernière série de mesures nous ont prouvé qu'il existait une vitesse critique des dislocations en dessous de laquelle les impuretés accrochées à la dislocation se déplacent avec elle. Nous tentons de comparer ce comportement à celui des cristaux classiques.
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Liu, Xian Wei. "Dislocations in strained-layer semiconductor heterostructures." Thesis, Open University, 1999. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.299912.
Full text
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Haziot, Ariel. "Mouvement des dislocations dans l’hélium-4." Paris 6, 2013. http://www.theses.fr/2013PA066092.
Full textAbstract:
Nous avons découvert que les cristaux d'hélium-4 présentent une plasticité géante dans la limite des très basses températures si l'on élimine toutes leurs impuretés. Les cristaux d'hélium de pureté absolue ne résistent pratiquement pas au cisaillement dans une direction particulière, même sous contrainte extrêmement faible et au voisinage du zéro absolu (0,01 Kelvin). Ce phénomène est un exemple spectaculaire de plasticité car nous avons montré qu'il est une conséquence du glissement de dislocations le long des plans de base de la structure hexagonale compacte. L'amplitude de ce glissement est très grande et sans dissipation ce qui réduit l'un des coefficients élastiques d'environ 80% même sous l'effet de contraintes extrêmement faibles (1 nanobar). On notera cependant que, contrairement à la plasticité classique, il s'agit d'un effet réversible. Il disparaît dès que des traces d'impuretés s'attachent aux dislocations ou si la température augmente au-delà de 0,3 Kelvin ce qui induit des collisions entre les dislocations en mouvement et les phonons thermiques. Ce dernier phénomène nous a permis de mesurer la densité de dislocations (de 10^4 à 10^6 par cm^2) et leur longueur libre. Cette longueur est très grande (50 à 200 micron) et prouve que les dislocations sont peu connectées, vraisemblablement groupées en sous-joints de faible désorientation. Une dernière série d'expériences a mis en évidence l'existence d'une vitesse limite de déplacement des dislocations en-dessous de laquelle les impuretés suivent le mouvement des dislocations. Nous tenterons de comparer ce comportement à celui de cristaux classiques<br>We have shown that the shear modulus of Helium-4 single crystals is highly reduced in one particular direction if their dislocations are free to move. This "Giant Plasticity'' occurs at low enough temperature where thermal phonons disappear and probably down to absolute zero if Helium-3 impurities are suppressed. By studying single crystals with various orientations, we have identified the gliding plane of the dislocations: it is the basal plane of the hcp structure. We found no dissipation in the giant plasticity region and a linear elastic behavior for single crystals down to 10 mK and nanobar stresses. This suggests that dislocations are strings moving freely with no measurable Peierls barriers to overcome, as assumed in the Granato-Lücke theory. We have also demonstrated that the dissipation occurring at higher temperature is due to collisions with thermal phonons. It allowed us to measure precisely the dislocation densities (10^4 to 10^6 cm^-2 depending on crystal quality) and lengths (50 to 200 micron) and to show that these dislocations are grouped in sub-boundaries, consequently poorly connected. These results rule out most existing scenarios for a possible supersolidity of solid Helium-4. A last series of experiments gave us the evidence for a critical dislocation speed under which the impurities bound to the dislocations can follow their motion. A comparison with classical crystals is interesting
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Lima, chaves Gabriel. "On the thermomechanics of field dislocations." Electronic Thesis or Diss., Institut polytechnique de Paris, 2024. http://www.theses.fr/2024IPPAX058.
Full textAbstract:
Cette thèse explore le couplage entre l'évolution des dislocations et la conduction thermique dans les corps continus à travers une approche théorique et numérique. Les principaux objectifs sont : (i) développer une théorie de la thermomécanique des champs de dislocation en grandes déformations qui tient compte de l'interaction mutuelle entre l'activité des dislocations et l'évolution de la température, tout en considérant uniquement des champs observables ; (ii) proposer une linéarisation géométrique de cette théorie en montrant qu'elle revient à la théorie thermomécanique des champs de dislocations (TFDM) en petites déformations proposée par Upadhyay, J. Mech. Phys. Solids, 145 (2020) 104150, et implémenter numériquement cette dernière en utilisant la méthode des éléments finis (EF) pour étudier l'évolution de la température pendant le transport des dislocations.Les aspects fondamentaux de la modélisation des dislocations sont passés en revue, mettant en évidence les différentes approches couramment utilisées. Après avoir identifié les limitations actuelles de l'état de l'art, une théorie avec une nouvelle cinématique basée sur la mécanique des dislocations dans un cadre de grandes déformations considérant un champ de température hétérogène transitoire est proposée. La théorie ne nécessite pas la spécification d'une configuration de référence globale, d'où l'absence de décomposition multiplicative du gradient de déformation en parties élastique, plastique et thermique. Au lieu de cela, en ne considérant que des variables d'état observables, il est montré que la cinématique basée sur la conservation du vecteur de Burgers est suffisante pour obtenir la décomposition additive couramment acceptée du gradient de vitesse en taux de distorsion élastique, plastique et thermique. En prenant en compte la densité de dislocations polaires comme variable d'état dans l'énergie libre de Helmholtz du système, et en utilisant les première et deuxième lois de la thermodynamique, une nouvelle structure de l'équation d'évolution de la température est obtenue, permettant des solutions sous forme d'ondes dispersives avec une vitesse de propagation finie, sans dérivée seconde du champ de température dans le temps.La théorie développée est montrée se réduire, sous linéarisation géométrique, à la théorie TFDM en petites déformations précédemment proposée. Ensuite, l'accent est mis sur cette dernière, et les formes variationnelles de ses équations aux dérivées partielles (EDP) sont présentées. En utilisant une bibliothèque open-source conçue pour résoudre les EDP avec la méthode des EF, les formes variationnelles sont implémentées dans un algorithme échelonné. L'implémentation est vérifiée par rapport à une solution analytique pour le champ de température généré par une dislocation en mouvement, et un excellent accord est obtenu. Certaines des capacités de TFDM sont ensuite explorées dans des exemples de chaleur générée par le mouvement d’une dislocation coin/vis, l'annihilation des dislocations et l'expansion des boucles de dislocations, fournissant une compréhension en profondeur des sources de chaleur thermoélastiques et plastiques transitoires impliquées dans chaque cas.La présente recherche fait progresser le domaine de la modélisation des champs de dislocations en proposant un nouveau cadre théorique, ainsi que l'implémentation numérique de sa version linéarisée. Ce travail sert de base à la compréhension de l'évolution des structures de dislocations lors de différents processus thermomécaniques, tels que la fabrication additive de métaux, le soudage, la trempe, etc., ce qui pourrait contribuer à un meilleur contrôle des propriétés mécaniques des pièces fabriquées. Les travaux futurs incluraient une extension de l'implémentation numérique à la théorie proposée en grandes déformations, ainsi qu'un échelonnement de cette dernière pour tenir compte du rôle des dislocations statistiquement stockées dans les problèmes classiques de plasticité<br>This thesis investigates the coupling between dislocation evolution and heat conduction in continuum bodies through a theoretical and numerical approach. The main objectives are twofold: (i) to develop a finite deformation theory of thermomechanics of field (i.e. continuously represented) dislocations that account for the interplay between dislocation activity and temperature evolution, while considering only observable fields; (ii) to propose a geometrical linearisation of the finite deformation theory showing that it is similar to the small deformation thermal field dislocation mechanics (TFDM) theory proposed in Upadhyay,J. Mech. Phys. Solids, 145 (2020) 104150, and numerically implement the latter using the finite element (FE) approach to study temperature evolution during dislocation transport.The fundamental aspects of dislocation modelling are reviewed, highlighting the different approaches that have commonly been used to study dislocation-based plasticity in crystals. After identifying the current limitations of the state of the art, a theory with a novel kinematics for thermo-elastoplastic problems based on dislocation mechanics in a finite deformation framework within a transient heterogeneous temperature field is proposed. The theory does not require the specification of a global reference configuration, whence we do not make use of a multiplicative decomposition of the deformation gradient into elastic, plastic, and thermal parts. Instead, considering only observable state variables, we show that the kinematics based on the conservation of Burgers vector is sufficient to yield the commonly-accepted additive decomposition of the velocity gradient into elastic, plastic, and thermal distortion rates. Accounting for the polar dislocation density as a state variable in the Helmholtz free energy of the system, using the first and second laws of thermodynamics, we obtain a new structure of the temperature evolution equation, which allows for solutions in the form of dispersive waves with finite propagation speed without a second derivative of the temperature field in time.The developed theory is shown to reduce, when geometrically linearised, to the small-strain TFDM theory previously proposed. Then, the focus is turned to the latter, and the variational forms of its partial differential equations (PDEs) are presented. Using an open-source library designed to solve PDEs with the FE method, the variational forms are implemented in a staggered algorithm. The implementation is verified against an analytical solution for the temperature field generated by a moving dislocation, and excellent agreement is obtained. Some of the TFDM capabilities are then explored in examples of the heat generated by single edge/screw dislocation, dislocation annihilation, and dislocation loop expansion, which provide a clear understanding of the transient thermoelastic and plastic heat sources involved in each case.The present research advances the field of continuum dislocation modelling by proposing a novel theoretical framework, as well as the numerical implementation of its linearised version. This work serves as a basis for understanding the evolution of dislocation structures during different thermomechanical processes, such as metal additive manufacturing, welding, quenching, etc., which would ultimately contribute to better controlling the mechanical properties of manufactured parts. Future work would include an extension of the numerical implementation to the general finite-deformation theory proposed, as well as an upscaling of the latter to account for the role of statistically stored dislocations in classical problems of plasticity
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Li, Yang. "Fragilisation des aciers de cuve irradiés : analyse numérique des mécanismes de plasticité à l’aide de simulations de dynamique des dislocations." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLN031/document.
Full textAbstract:
Ce travail est une contribution à l’étude de la dégradation des propriétés mécaniques des matériaux métalliques irradiés, dans le contexte de la production d’énergie nucléaire. Cette thèse porte en particulier sur l’étude du comportement des dislocations dans les matériaux ferritiques irradiés, à l’aide de simulations de dynamique des dislocations (DD).L’évolution de la microstructure des défauts d’irradiation est tout d’abord analysée à l'aide d’un code nodal (code NUMODIS). Le Chapitre 2 traite en particulier de la diffusion et l’interaction de boucles prismatiques, en utilisant la dynamique des dislocations dite «stochastique». Ces calculs reproduisent les forces d’interaction élastiques boucle/boucle et les forces stochastiques associées aux fluctuations thermiques ambiantes. Il est ainsi montré que la réorientation des boucles (tilt) a un fort effet sur leur dynamique, en ce qui concerne notamment le taux d’évolution du confinement élastique boucle/boucle.L'effet du glissement dévié sur l’interaction entre dislocation/boucle est ensuite examiné au Chapitre 3. Cette étude fait appel à une configuration initiale spécifique, associée à un changement du plan de glissement d'une source de dislocation vis. De cette manière, il est montré que le glissement dévié réduit considérablement la résistance des défauts/obstacles. Cet effet confirme le rôle critique du glissement dévié durant la déformation plastique post-irradiation.La déformation plastique post-irradiation est étudiée à l’échelle du grain, au Chapitre 4, à l’aide de simulations DD à base de segments (code TRIDIS). Ces simulations traitent les mécanismes de glissement dévié et de glissement thermiquement activé (vis). Chaque condition d’irradiation simulée peut être caractérisée par un «décalage de la température apparente induite par des défauts d’irradiation» (ΔDIAT). Cette quantité est proportionnelle aux évolutions statistiques de la mobilité effective des dislocations. Le ΔDIAT calculé est pratiquement équivalent au décalage de la température de transition fragile à ductile (ΔDBTT) obtenu expérimentalement, pour une taille et densité de défauts d’irradiation donnée. Cette corrélation ΔDIAT/ΔDBTT peut être interprétée à partir de mécanismes de déformation plastique élémentaires, faisant appel à la théorie des dislocations<br>The interplay between radiation-generated defects and dislocation networks leads to a variety of changes in mechanical properties and results in a detrimental effect on the structural reactor component lifetime. The present PhD work focuses on studying elementary and collective dislocation mechanisms in irradiated iron-based materials, by means of dislocation dynamics (DD) simulations.Evolutions of the radiation-induced defect microstructure are studied first. Namely, the 1D diffusion of interacting prismatic loops is analyzed using the stochastic dislocation dynamics approach, accounting for the elastic forces acting between the loops and the stochastic forces associated with ambient thermal fluctuations. It is found that the interplay between stochastic forces and internal degrees of freedom of loops, in particular the loop reorientation, strongly influences the observed loop dynamics, especially the reaction rates resulting in the elastic confinement of loops.The cross-slip effect on the dislocation/loop interactions is then examined using a specific initial configuration associated with the glide plane change of a screw dislocation source, due to a single and well defined cross-slip event. It is shown that cross-slip significantly affects the effective strength of dislocation/defect interactions and therefore, post-irradiation plastic strain spreading.Lastly, post-irradiation plastic strain spreading is investigated at the grain scale using segment-based dislocation dynamics simulations, accounting for the thermally activated (screw) dislocation slip and cross-slip mechanisms. It is shown that each simulated irradiation condition can be characterized by a specific “Defect-Induced Apparent Straining Temperature shift” (ΔDIAT) level, reflecting the statistical evolutions of the effective dislocation mobility. It is found that the calculated ΔDIAT level closely matches the ductile to brittle transition temperature shift (ΔDBTT) associated with the corresponding, experimentally-observed defect size and number density. This ΔDIAT/ΔDBTT correlation can be explained based on plastic strain spreading arguments
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Shi, Xiangjun. "Etude par simulations de dynamique des dislocations des effets d'irradiation sur la ferrite à haute température." Thesis, Paris 6, 2014. http://www.theses.fr/2014PA066500/document.
Full textAbstract:
Cette étude s’insère dans le cadre d’une modélisation multi-échelles du durcissement et de la fragilisation par irradiation de l’acier de cuve des Réacteurs nucléaires à Eau Pressurisée (REP). Des simulations en Dynamique des Dislocations (DD) ont été menées pour décrire la plasticité du fer pur irradié à l’échelle du grain et fournir aux échelles supérieures des informations quantitatives telles que la force d’épinglage des dislocations par les boucles induites par l’irradiation. Nous avons débuté notre étude par l’analyse des interactions élémentaires entre une dislocation coin et différents types de boucles. Un nouveau modèle de DD a été identifié puis validé, que ce soit d’un point de vue qualitatif (mécanismes d’interaction) ou quantitatif (contrainte critique), en comparant ces résultats à ceux obtenus en Dynamique Moléculaire dans la littérature. L’influence de la taille des boucles et de la vitesse de déformation a été particulièrement étudiée.Des simulations élémentaires impliquant cette fois-ci une dislocation vis et les mêmes défauts d’irradiation ont permis d’étendre le domaine de validité du modèle de DD, en se comparant toujours aux résultats de DM de la littérature. Enfin, un premier jeu de simulations massives entre une dislocation coin et différents types de boucles a permis d’obtenir une première estimation de la valeur de la force d’obstacle pour ce type de défauts, α≈0,26. Cette valeur est en accord avec différents travaux précédents, expérimentaux ou numériques, et permet d’envisager avec confiance de futurs travaux s’appuyant sur ce nouveau modèle de DD<br>This study is a contribution to the multi-scale modeling of hardening and embrittlement of the vessel steel in Pressurized Water Reactors (PWR) under irradiation conditions. Dislocation Dynamics simulations (DD) were conducted to describe the plasticity of irradiated iron at grain scale. Quantitative information about the pinning strength of radiation-induced loops was extracted and can be transferred at crystal plasticity scale. Elementary interactions between an edge dislocation and different types of loops were first analyzed. A new model of DD was identified and validated, both qualitatively in terms of interaction mechanisms and quantitatively in terms of critical stress, using Molecular Dynamics results available in the literature. The influence of the size of the loops and of the strain rate was particularly studied. Elementary simulations involving a screw dislocation and the same radiation-induced defects were conducted and carefully compared to available MD results, extending the range of validity of our model. Finally, a set of massive simulations involving an edge dislocation and a large number of loops was performed and allowed a first estimation of the obstacle strength for this type of defects (α≈0.26). This value is in a good agreement with previous experimental and numerical studies, and gives us confidence in future work based on this new DD model
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Oliveira, Maria Angela Loyola de. "Émission et développement de dislocations en tête de fissure dans le silicium : analyse tridimensionnelle de l'interaction dislocation/fissure." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1994. http://www.theses.fr/1994INPL067N.
Full textAbstract:
Des éprouvettes monocristallines, sans dislocations, fissurées a 20c par clivage limite, sont chargées progressivement a une température suffisante (700c environ) pour que le silicium devienne ductile du fait de l'activation thermique du glissement des dislocations. Les concentrations de contraintes existant en pointe de fissure provoquent la nucléation et le développement de boucles de dislocations qui exercent en retour sur la fissure des contraintes s'opposant en moyenne a sa propagation: cet effet est appelé écrantage. La partie expérimentale de cette étude est consacrée à la localisation des sources de dislocations, à la caractérisation des systèmes de glissement actives et à l'influence du chargement sur la ténacité du matériau. Le chargement en deux étapes qui a été développe permet d'activer un nombre limite de sources, puis de suffisamment étaler les configurations de dislocations pour qu'elles puissent être caractérisées par topographie aux rayons X, tout en évitant l'émission de nouvelles dislocations. L'objectif de la partie théorique de cette étude est de poser les concepts fondamentaux de l'interaction dislocation-fissure puis de l'évaluer quantitativement. Le calcul de l'écrantage et de l'ouverture de la fissure a pu être effectué analytiquement, grâce à la simplicité du formalisme lié aux états plans. Dans le cas réel, tridimensionnel, le calcul de l'écrantage a été réalisé par intégration numérique du champ de contrainte d'une boucle circulaire pondère par une fonction de poids, en utilisant le théorème de superposition
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Tighe, Stephen Patrick. "Macroscopic dislocation modelling." Thesis, University of Oxford, 1992. http://ora.ox.ac.uk/objects/uuid:e4f00d59-71b0-43c0-b141-0bb7e6108fff.
Full textAbstract:
Work-hardened metals typically possess large numbers of dislocations in complex three-dimensional configurations about which little is known theoretically. Here these large numbers of dislocations are accounted for by means of a dislocation density tensor, which is obtained by applying an averaging process to families of discrete dislocations. Some simple continuous distributions are examined and an analogy is drawn with solenoids in electromagnetism before the question of the equilibrium of dislocation configurations is studied. It is then proved that the only finite, simply-connected distribution of dislocations in equilibrium in the absence of applied stresses are ones in which all components of stress vanish everywhere. Some examples of these zero stress everywhere (ZSE) distributions are then given, and the concept of 'plastic distortion' is used to facilitate their interpretation as rotations of the crystal lattice. Plastic distortion can also be understood as a distribution of infinitesimal dislocation loops ('Kroupa loops'), and this idea is used in Chapter 4 to investigate the dislocation distributions which correspond to elastic inclusions. The evolution, under an applied stress, of some simple ZSEs is analysed, and the idea of 'polarisation' is introduced, again in analogy with electromagnetism. Finally, a mechanism is conjectured for the onset of plastic flow.
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Shi, Xiangjun. "Etude par simulations de dynamique des dislocations des effets d'irradiation sur la ferrite à haute température." Electronic Thesis or Diss., Paris 6, 2014. https://accesdistant.sorbonne-universite.fr/login?url=https://theses-intra.sorbonne-universite.fr/2014PA066500.pdf.
Full textAbstract:
Cette étude s’insère dans le cadre d’une modélisation multi-échelles du durcissement et de la fragilisation par irradiation de l’acier de cuve des Réacteurs nucléaires à Eau Pressurisée (REP). Des simulations en Dynamique des Dislocations (DD) ont été menées pour décrire la plasticité du fer pur irradié à l’échelle du grain et fournir aux échelles supérieures des informations quantitatives telles que la force d’épinglage des dislocations par les boucles induites par l’irradiation. Nous avons débuté notre étude par l’analyse des interactions élémentaires entre une dislocation coin et différents types de boucles. Un nouveau modèle de DD a été identifié puis validé, que ce soit d’un point de vue qualitatif (mécanismes d’interaction) ou quantitatif (contrainte critique), en comparant ces résultats à ceux obtenus en Dynamique Moléculaire dans la littérature. L’influence de la taille des boucles et de la vitesse de déformation a été particulièrement étudiée.Des simulations élémentaires impliquant cette fois-ci une dislocation vis et les mêmes défauts d’irradiation ont permis d’étendre le domaine de validité du modèle de DD, en se comparant toujours aux résultats de DM de la littérature. Enfin, un premier jeu de simulations massives entre une dislocation coin et différents types de boucles a permis d’obtenir une première estimation de la valeur de la force d’obstacle pour ce type de défauts, α≈0,26. Cette valeur est en accord avec différents travaux précédents, expérimentaux ou numériques, et permet d’envisager avec confiance de futurs travaux s’appuyant sur ce nouveau modèle de DD<br>This study is a contribution to the multi-scale modeling of hardening and embrittlement of the vessel steel in Pressurized Water Reactors (PWR) under irradiation conditions. Dislocation Dynamics simulations (DD) were conducted to describe the plasticity of irradiated iron at grain scale. Quantitative information about the pinning strength of radiation-induced loops was extracted and can be transferred at crystal plasticity scale. Elementary interactions between an edge dislocation and different types of loops were first analyzed. A new model of DD was identified and validated, both qualitatively in terms of interaction mechanisms and quantitatively in terms of critical stress, using Molecular Dynamics results available in the literature. The influence of the size of the loops and of the strain rate was particularly studied. Elementary simulations involving a screw dislocation and the same radiation-induced defects were conducted and carefully compared to available MD results, extending the range of validity of our model. Finally, a set of massive simulations involving an edge dislocation and a large number of loops was performed and allowed a first estimation of the obstacle strength for this type of defects (α≈0.26). This value is in a good agreement with previous experimental and numerical studies, and gives us confidence in future work based on this new DD model
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Bicknell, Louise Susan, and n/a. "Genetic contributors to congenital joint dislocation." University of Otago. Dunedin School of Medicine, 2007. http://adt.otago.ac.nz./public/adt-NZDU20080211.151359.
Full textAbstract:
Understanding the molecular basis of Mendelian disorders featuring joint dislocation can enhance the knowledge of genetic or cellular pathways required in joint development, and provide candidate genes for studying related complex disorders, such as developmental dysplasia of the hip. Two strategies were employed in this project to investigate Mendelian contributors to congenital joint dislocation.
The first strategy was to investigate in-depth a gene known to be associated with joint dislocation. Missense mutations or small in-frame deletions in FLNB, encoding filamin B, have previously been associated with a spectrum of osteochondrodysplasias. Screening a larger cohort established FLNB as the sole underlying disease gene for atelosteogenesis type I and III and also boomerang dysplasia, which was previously thought clinically to be allelic to AOI. Mutations in FLNB cause a large proportion of Larsen syndrome cases with phenotypes reminiscent of the early case series reported. Atypical or "recessive" Larsen syndrome may therefore be due to a different underlying genetic aberration. The disease-associated amino acid substitutions or in-frame deletion/insertions cluster to two main regions of the filamin B protein: the calponin homology 2 domain of the actin-binding domain, and repeats 13-17 of the rod domain. To analyse the functions of these regions, yeast two-hybrid analyses were performed. No interactors were identified with the calponin homology 2 domain, which suggests the amino acid substitutions may disrupt actin binding or the regulation thereof. A candidate interactor, centromere protein J, was identified that binds to repeats 13-15, and could suggest a model for aberrant cell division seen in growth plates of bones of individuals with atelosteogenesis types I and III and boomerang dysplasia.
The second strategy used in this project was to investigate the genetic cause of a novel syndrome featuring joint dislocation. A neurocutaneous phenotype segregated in a consanguineous New Zealand family, and through a genetic mapping strategy, a significantly linked locus was identified at 10q23 (Z = 3.63), in which segregation of a common ancestral haplotype fits the linkage hypothesis of homozygosity by descent. Candidate gene analysis and subsequent screening identified a missense mutation 2350C>T in ALDH18A1, which predicts the substitution H784Y in the encoded protein [Delta]�-pyrroline-5-carboxylate synthase (P5CS). The known function of P5CS in proline and ornithine biosynthesis was not affected by the presence of H784Y in an indirect assay, and therefore the hypothesis proposed was that a novel, unknown moonlighting function of P5CS is perturbed causing the phenotype segregating in the family. As an initial exploration of functions of P5CS in the cell, yeast two-hybrid analysis was undertaken.
This project examined the contribution of two genes, FLNB and ALDH18A1, to Mendelian congenital joint dislocations. How the cellular functions of the encoded proteins in the cytoskeleton, metabolism, or signal transduction, are critical for joint development is ill understood. Future investigations aimed at identifying candidate genes that confer susceptibility to developmental dysplasia of the hip should consider candidate genes that encode proteins related in function to the products of the FLNB and ALDH18A1 genes.
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Blumenau, Alexander Thorsten. "The modelling of dislocations in semiconductor crystals." [S.l. : s.n.], 2002. http://deposit.ddb.de/cgi-bin/dokserv?idn=967384788.
Full text
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Galloway, Simon A. "The electrical properties of dislocations in GaAs." Thesis, University of Oxford, 1994. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.386991.
Full text
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Benlahsen, Mohammed. "L'Intéraction dislocations-interfaces : l'effet des modules élastiques." Poitiers, 1993. http://www.theses.fr/1993POIT2272.
Full textAbstract:
Parmi les mecanismes controlant le comportement mecanique des revetements de surface, l'interaction des dislocations avec les interfaces joue un role determinant. Cet effet est lie aux differences entre les modules elastiques des differents constituants. Cette etude debute par l'examen de cet effet dans le cas simple d'un bicristal a interface parfaite. Nous considerons tout d'abord une dislocation (vis ou coin) situee dans le milieu mou, soumise a une contrainte appliquee et a la repulsion du milieu rigide. Le probleme est formule de maniere a faire apparaitre l'interface comme une barriere d'energie finie, ce qui nous permet d'examiner les conditions de franchissement de celle-ci. Nous montrons qu'il existe une contrainte critique pour laquelle cette barriere s'annule. Cet etat peut egalement etre obtenu par une contrainte appliquee plus faible mais avec l'aide d'un empilement de dislocations. Ainsi, pour une contrainte appliquee donnee, on montre qu'il existe un nombre critique de dislocations dans l'empilement ou une taille critique de celui-ci, tel que la barriere d'energie s'annule. L'examen de la contrainte a l'interface en fonction du nombre de dislocations dans l'empilement fait apparaitre trois comportements: cisaillement de l'interface, rupture de l'interface ou blocage de la source de dislocations. Un modele de franchissement d'une interface suivant un mecanisme de double decrochement est propose. L'energie d'activation de ce processus est examinee en fonction de la contrainte appliquee. Cette etude est etendue au cas d'un revetement d'epaisseur finie sur un substrat afin d'examiner l'effet de cette epaisseur sur la barriere d'energie. Puis l'effet benefique d'une phase molle entre le substrat et le revetement sur le comportement mecanique de celui-ci est mis en evidence
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Morin, Matthew L., and Giles W. Becker. "An unusual variant of perilunate fracture dislocations." TAYLOR & FRANCIS LTD, 2016. http://hdl.handle.net/10150/625400.
Full textAbstract:
Trans-scaphoid, trans-radial styloid, trans-triquetral perilunate fracture dislocations are rare. We describe a 19-year-old male who suffered this injury after crashing his bicycle. He underwent open reduction internal fixation and percutaneous pinning. Scaphoid union was achieved at 8 weeks. Near complete range of painless motion was achieved by 4 months.
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Argani, Luca Prakash. "Dislocations and Green's functions in prestressed solids." Doctoral thesis, Università degli studi di Trento, 2014. https://hdl.handle.net/11572/367724.
Full textAbstract:
The present Ph.D. dissertation is divided into two Parts: Green's function and problems of the inclusions and dislocations are addressed in the first Part, while implementation of elastoplastic constitutive laws are treated in the second.
These subjects can be seen as different approaches to the investigation of the plastic behaviour of materials.
In the first Part, infinite-body two-dimensional Green's functions are derived for the incremental deformation of an incompressible, anisotropic, prestressed body.
These functions, given by Bigoni and Capuani, show the response of an infinite body to a concentrated force.
The effect of prestress on dislocation (and inclusion) fields in non-linear elastic solids is analyzed by extending previous solutions by Eshelby and Willis.
Employing a plane strain constitutive model (for incompressible incremental non-linear elasticity) to describe the behaviour a broad class of (anisotropic) materials, but with a special emphasis on ductile metals (J2-deformation theory of plasticity), it is shown that strongly localized strain patterns emerge, when a dislocation dipole is emitted by a source and the prestress level is high enough.
These strain patterns may explain cascade activation of dislocation clustering along slip band directions.
Several of the presented results remain valid within a three-dimensional context.
Novel infinite-body three-dimensional Green's functions are derived for the incremental deformation of an incompressible, anisotropic, prestressed body.
The case of a force dipole is developed within this framework.
Results are used to investigate the behaviour of a material deformed near the limit of ellipticity loss and to reveal features related to shear failure cones development in a three-dimensional solid medium.
Non-standard elastoplastic constitutive laws are treated in the second Part of the present Ph.D. dissertation, based on pressure-sensitive yield functions, such that proposed by Bigoni and Piccolroaz, which describes the inelastic deformation of ceramic powders and of a broad class of rock-like and granular materials.
This yield function is not defined outside the yield locus, so that 'gradient-based' integration algorithms of elastoplasticity cannot be directly employed.
Therefore, two ad hoc integration algorithms are proposed: an explicit scheme based on a forward Euler technique with a 'centre-of-mass' return correction and an implicit scheme based on a 'cutoff-substepping' return algorithm.
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Argani, Luca Prakash. "Dislocations and Green's functions in prestressed solids." Doctoral thesis, University of Trento, 2014. http://eprints-phd.biblio.unitn.it/1213/1/Argani-Luca_PhD-Thesis_3D_EN-IT_embedded.pdf.
Full textAbstract:
The present Ph.D. dissertation is divided into two Parts: Green's function and problems of the inclusions and dislocations are addressed in the first Part, while implementation of elastoplastic constitutive laws are treated in the second.
These subjects can be seen as different approaches to the investigation of the plastic behaviour of materials.
In the first Part, infinite-body two-dimensional Green's functions are derived for the incremental deformation of an incompressible, anisotropic, prestressed body.
These functions, given by Bigoni and Capuani, show the response of an infinite body to a concentrated force.
The effect of prestress on dislocation (and inclusion) fields in non-linear elastic solids is analyzed by extending previous solutions by Eshelby and Willis.
Employing a plane strain constitutive model (for incompressible incremental non-linear elasticity) to describe the behaviour a broad class of (anisotropic) materials, but with a special emphasis on ductile metals (J2-deformation theory of plasticity), it is shown that strongly localized strain patterns emerge, when a dislocation dipole is emitted by a source and the prestress level is high enough.
These strain patterns may explain cascade activation of dislocation clustering along slip band directions.
Several of the presented results remain valid within a three-dimensional context.
Novel infinite-body three-dimensional Green's functions are derived for the incremental deformation of an incompressible, anisotropic, prestressed body.
The case of a force dipole is developed within this framework.
Results are used to investigate the behaviour of a material deformed near the limit of ellipticity loss and to reveal features related to shear failure cones development in a three-dimensional solid medium.
Non-standard elastoplastic constitutive laws are treated in the second Part of the present Ph.D. dissertation, based on pressure-sensitive yield functions, such that proposed by Bigoni and Piccolroaz, which describes the inelastic deformation of ceramic powders and of a broad class of rock-like and granular materials.
This yield function is not defined outside the yield locus, so that 'gradient-based' integration algorithms of elastoplasticity cannot be directly employed.
Therefore, two ad hoc integration algorithms are proposed: an explicit scheme based on a forward Euler technique with a 'centre-of-mass' return correction and an implicit scheme based on a 'cutoff-substepping' return algorithm.
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Kluender, Rafael. "Mesures en trois dimensions des distorsions cristallines par imagerie en diffraction de Bragg : application aux cristaux de glace." Phd thesis, Université de Grenoble, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00635598.
Full textAbstract:
La déformation visco-plastique de la glace est fortement anisotrope, le plan de glissement préferé étant la plan de base. Le fait que dans un polycristal chaque grain possède sa propre direction de déformation produit des incompatibilités et un champ de contrainte complexe. La déformation à été étudiée expérimentellement en mésurant la dis- tortion des plans cristallins de mono- et polycristaux de glace artificielle. Les expériences ont été réalisées à l'aide d'un faisceau synchrotron. Une nouvelle procédure éxperimental, basée sur les méthodes de l'imagerie en diffraction de Bragg, comme lumière blanche, im- agerie sur la courbe de diffraction et topographie laminaire et ponctuelle, a été dévéloppée. Les désorientations angulaires, les largeurs à mi-hauteur et les intensités intégrées ont été mésurées dans les trois dimensions spatiales de l'échantillon et avec une résolution de 50× 50 × 50µm3. Les algorithmes d'analyse de données ont été écrits pour extraire des données des résultats quantitatifs, et pour calculer les neuf composantes du tenseur de courbure ainsi que la distortion entière des plans cristallins. Les résultats ont permis d'observer les premières étappes de la déformation de la glace. Par example la polygonisation d'un grain à été observée.
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Gallagher, Patrick John. "Dislocations in gallium arsenide deformed at high temperatures." Thesis, University of British Columbia, 1987. http://hdl.handle.net/2429/26700.
Full textAbstract:
Test pieces of GaAs were cut from Czochralski grown <100> wafers. Prior to deformation the dislocation configuration was established by cathodoluminescence (CL). Etch pits produced by molten KOH on examined crystal surfaces coincided with the CL images. The test pieces were capped with Si₃N₄, heated to between 950 and 1050°C, and plastically deformed by bending. The dislocation configuration after bending was then compared to that of the undeformed crystal.
It was observed that heating to 1050°C did not significantly change the as grown cellular dislocation arrays in the crystal. With strain the dislocation configuration changed appreciably. New bands of dislocations were formed, parallel to the bend axis with dislocation free regions between them. Increasing the strain increased the number of bands. Observations were made on undoped crystals with high and low dislocation densities, and Si doped crystals.
The luminescent properties of the dislocations were observed to change with heating and strain. As grown, a dislocation imaged as a dark spot surrounded by a bright halo, giving bright dislocation networks. After heating to 950°C samples showed only the dark spots without halos. After deformation, all the new dislocations appeared as dark spots or lines without halos. At very low strains, the original dislocations were still evident but were distinct from the new arrays.
In an attempt to correlate the dislocation images with impurity segregation some observations of the samples were made using secondary ion mass spectroscopy (SIMS). The results suggest the possibility of the dark areas in the CL images being associated with the presence of carbon.<br>Applied Science, Faculty of<br>Materials Engineering, Department of<br>Graduate
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Winkelman, Graham B. "Precipitation at dislocations in Al-Cu-Mg alloys." Monash University, School of Physics and Materials Engineering, 2003. http://arrow.monash.edu.au/hdl/1959.1/9581.
Full text
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Paterson, Carl. "Computer-generated diffractive optics with spiral phase dislocations." Thesis, Imperial College London, 1996. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.243500.
Full text
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Sun, Yeukui. "Study of growth, dislocations and luminescence in ZnO." Thesis, University of Bristol, 2009. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.500411.
Full text
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Soin, Preetma Kaur. "First principles modelling of dislocations in BCC iron." Thesis, Imperial College London, 2012. http://hdl.handle.net/10044/1/11752.
Full textAbstract:
This work centers around employing magnetic tight binding to study defects in body centred cubic iron, a material of potentially great importance as a structural component in hydrogen fusion power plants. An existing d-band tight binding model was extended to include charge. The first task was to develop a working scheme for calculating spins and charges self consistently. This was achieved using an extended form of the Harris-Foulkes functional and implemented with a generalisation of the Newton-Raphson minimisation procedure. Having established such a scheme it was tested on bulk structures, point defects and straight dislocations. The motion of dislocations and the opposition to this was also considered though calculation of Peierls barriers.
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Jover, Carrasco Elena. "Simulations 3D des interactions entre fissure et dislocations." Thesis, Université Grenoble Alpes, 2022. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-03689315.
Full textAbstract:
La ténacité à la rupture est contrôlée non seulement par les paramètres macroscopiques mais aussi par la microstructure. Les défauts de la structure cristalline comme les lacunes, les inclusions ou les dislocations peuvent aussi grandement impacter la ténacité. Pour mieux comprendre ce phénomène, on mènera des simulations 3D d'un front de fissure interagissant avec des dislocations. Ces simulations visent à mesurer les variations des facteurs d'intensité des contraintes sur le front de fissure créées par la présence de dislocations. Pour cela, on combinera deux modèles préexistants : la méthode des éléments finis étendus (XFEM) et la dynamique des dislocations discrètes (DDD). XFEM est une évolution de la méthode des éléments fini qui permet l'étude d'une fissure qui se propage sans avoir besoin de remaillage, elle contrôlera le volume étudié, le chargement appliqué et la position de la fissure tandis que tant que la DDD contrôlera les dislocations, leur mouvement et leur multiplication. La précision du modèle crée sera testée en le comparant avec des résultats de simulations atomistiques. Pour mesurer qualitativement les effets des dislocations sur la ténacité, plusieurs dislocations avec des différents systèmes de glissement seront étudiées. D'autres paramètres comme la distance entre la fissure et la dislocation, la direction de la fissure, et la déformation initiale seront aussi étudiées. Pour comparer le modèle étudié avec des résultats provenant d'autres simulations, deux orientations de fissure seront simulées. Les dislocations étudiées ont des effets sur la fissure différents en fonction de leur système de glissement. Les résultats montrent des dislocations créant soit de l'écrantage, doit de l'anti-écrantage soit une combinaison des deux. Ces effets sont uniquement dépendants de la nature de la dislocation et ne changent pas quand la direction du vecteur de ligne de la dislocation change, ni quand la dislocation est plus éloignée de la fissure, même si l'intensité de l'effet change. De plus, les dislocations étant associées à un état de cisaillement local, elles affectent plus fortement KII que KI. KII contrôle aussi l'angle de propagation de la fissure, ce qui implique que les dislocations sont une des principales sources des déviations des fissures<br>Fracture toughness in materials is not only controlled by macroscopic parameters but also by the microstructure. The defects of the crystalline structure such as voids, inclusions or dislocations can also greatly impact toughness. To better understand this, 3D simulations of a crack front interacting with dislocations will be carried out. These simulations aim at measuring the variations of the stress intensity factors on the crack front caused by the presence of dislocations. To carry out these simulations, two preexisting models will be combined: Extended Finite Elements Method (XFEM) and Discrete Dislocation Dynamics (DDD). XFEM is an evolution of the Finite Elements Methods that allows the study of a propagating crack without needing to remesh, it will control the studied volume, the applied loading and the crack position while DDD controls the dislocations, their movement, and their multiplication. The accuracy of the created model is tested by comparisons with atomistic simulations. To test the effect of dislocations on toughness, several dislocations with different slip systems were studied. Other parameters such as dislocation crack distance, line direction, and initial strain were also studied. To compare the studied model with existing simulation results, two crack orientations were selected. The studied dislocations have different behaviors depending on their slip system. The results show dislocations creating shielding, antishielding or a combination of both. These effects are only dependent of the dislocation nature, and do not change when the dislocation line direction changes or if the dislocation is farther from the crack, though the intensity of the effect does change given these circumstances. Since the presence of dislocations is associated to a shear stress in their glide planes, it is found that they have more effect on KII than on KI. KII also controls the crack propagation angle, which means that the dislocations are one of the main sources of crack deviation
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Soyez, Thomas. "Étude du glissement des dislocations dans le zirconium." Thesis, université Paris-Saclay, 2020. http://www.theses.fr/2020UPASP053.
Full textAbstract:
Les alliages de zirconium sont utilisés dans l’industrie nucléaire pour la fabrication des assemblages combustibles (tube guides, gaines et grilles). Afin de correctement prédire le comportement de ces alliages au cours de leur utilisation, il est nécessaire de connaître leur comportement mécanique. La déformation des métaux s’effectue généralement par glissement des dislocations et par maclage. Le zirconium présentant une structure hexagonale compacte, le développement de la déformation plastique est anisotrope. Pour une sollicitation suivant la direction du cristal, le mode de déformation principal correspondant au glissement de dislocations de vecteur de Burgers ne permet pas d’accommoder la déformation et le glissement de dislocations à vecteur de Burgers ou le maclage doit s’activer. Cette thèse a pour but d’étudier les propriétés de ces dislocations en se basant sur deux approches complémentaires, des observations en microscopie électronique à transmission (MET) et des simulations atomiques.Les observations MET ont permis de mettre en évidence le système de glissement des dislocations : ces dernières ne glissent que dans des plans pyramidaux de première espèce. Le glissement dévié est fréquemment observé entre plans pyramidaux de première espèce. Les dislocations apparaissent rectilignes et orientées préférentiellement dans leur orientation , soit l’intersection entre le plan de glissement et le plan de base. Lors d’essais de traction in situ en MET, le glissement de ces dislocations a été observé et un glissement plus difficile de la dislocation dans son orientation a été démontré. Deux types de glissement ont été observés : un glissement rigide où la dislocation avance en bloc dans son plan de glissement et un glissement visqueux des segments conduisant à la création de macro décrochements.Les simulations atomiques ont permis d’expliquer le glissement dans le plan pyramidal de première espèce via une étude des fautes d’empilement dans les plans possibles de glissement et via la détermination de la structure de cœur de la dislocation vis dans son état fondamental. Cette structure est pilotée par une dissociation en deux partielles non équivalentes dans le plan pyramidal de première espèce. L’étude de l’évolution de la structure de cœur dans son état fondamental sous une contrainte appliquée met en évidence une contrainte de Peierls différente en fonction du sens de la contrainte et démontre un glissement difficile de la dislocation avec une contrainte de Peierls trente fois plus élevée que celle nécessaire pour le glissement de la dislocation . L’activation thermique est donc nécessaire pour permettre à la dislocation vis d’avancer. En température, un glissement par germination de double décrochements a été observé dans des simulations de dynamique moléculaire et a été décrit par une loi thermiquement activée. La dislocation alignée dans une direction présente, quant à elle, une structure non planaire, se dissociant dans son plan de glissement pyramidal, mais également dans un second plan. La nature de ce second plan de dissociation, basal ou prismatique, varie avec le modèle énergétique choisi<br>Zirconium alloys are used in the nuclear industry as fuel cladding tubes and structural components of the fuel assemblies. In order to properly predict the mechanical behavior of those alloys throughout their usage time, it is necessary to understand the physical mechanisms controlling plasticity. Deformation in metals is usually accommodated by dislocation glide and twinning. Zirconium has a hexagonal close packed structure and its plastic deformation is anisotropic. For a mechanical loading along the axis of the crystal, the principal deformation mode corresponding to dislocation glide cannot accommodate the deformation and dislocation glide and twinning have to be activated. This thesis aims to study properties of dislocations based on two complementary approaches, Transmission Electron Microscopy (TEM) observations and atomic simulations.TEM observations underlined the glide system of the dislocations, which exclusively glide in first order pyramidal planes even, with cross slip between different first order pyramidal planes being activated at room temperature. dislocations appear rectilinear, with a preferential orientation along the direction which is the intersection between the glide plane and the basal plane. TEM in situ tensile test experiments show that this orientation glide with difficulty. Two types of glide mechanism were observed: a rigid motion where the dislocation keeps its shape while gliding and a viscous motion of these segments leading to the creation of macro-kinks.Atomic simulations rationalize the glide of dislocations in first order pyramidal plane with the existence of stacking faults in the possible glide planes and with a ground state structure of the screw dislocation which dissociates in two non-equivalent partial dislocations in a first order pyramidal plane. The evolution of this structure under an applied stress allowed to obtain the Peierls stress which depends on the direction of the applied stress and underlined a difficult glide: the Peierls stress of this screw dislocation is thirty times greater than the one of the dislocation. Thermal activation appears therefore necessary for dislocation glide. Molecular dynamics simulations evidence a glide of the screw dislocation operating by double kinks nucleation. The structure of the dislocation oriented in its direction is dissociated in its glide plane, i.e. a first order pyramidal plane, and also a secondary plane whose nature varies with the energetic model. This secondary dissociation is expected to explain the difficult glide of this orientation
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Douin, Joël. "Structure fine des dislocations et plasticité dans NiAl." Grenoble 2 : ANRT, 1987. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb37604626p.
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Taupin, Vincent Fressengeas Claude. "Incompatibilité de réseau et organisation collective des dislocations." [S.l.] : [s.n.], 2007. ftp://ftp.scd.univ-metz.fr/pub/Theses/2007/Taupin.Vincent.SMZ0725.pdf.
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Arslan, Ilke. "Atomic scale characterization of threading dislocations in GaN /." For electronic version search Digital dissertations database. Restricted to UC campuses. Access is free to UC campus dissertations, 2004. http://uclibs.org/PID/11984.
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Kerr, David. "Resolving geometrically necessary dislocations and application in copper." Thesis, Swansea University, 2013. https://cronfa.swan.ac.uk/Record/cronfa42263.
Full textAbstract:
The use of Electron Back-Scatter Diffraction (EBSD) as a tool for strain measurement is not a new application. The band contrast within a captured Kikuchi pattern has been shown to decrease in regions with high plastic strain. Recently, however, highly accurate EBSD orientation maps have been used to recover dislocation content by directly relating lattice curvature, measured as point-to-point misorientation differences, to the crystal structure of the material using minimization techniques to recover the dislocation content determined to be geometrically necessary. This dislocation content is termed the Geometrically-Necessary Dislocations (GND) content. High resolution EBSD techniques exist which are able to index Kikuchi patterns much more accurately than the more widely used Hough transformation; however, the Hough transformation shows advantages of low computational cost and fast data acquistion times. As a result, larger data sets are theoretically possible using a Hough transformation, however with a lower indexing accuracy. The main aims of this work are to determine the optimal settings for data acquisition by EBSD for the purposes of strain mapping, to write code to create a strain map, and to use that code and mapping settings for an investigation into the microstructural development of bent samples of copper. Three sets of samples, each receiving varying applied strains and heat-treatments were created and statistics concerning the strain around key features, such as E3 and boundaries which are important for the mechanical performance of the material, were determined. The results of the investigation into the optimal settings for the purpose of strain mapping by Hough transformation and EBSD showed that a higher Kikuchi pattern resolution can be sacrificed to decrease mapping time and increase the size of data set possible. External time constraints, such as the microscope filament life span, limit the longest mapping time possible and so must be considered where large data sets are desirable. The accuracy of indexing by band centres and band edges was shown to be similar, however with greatly differing noise profiles. A portion of the noise of indexing by band edges was shown to be normally distributed and a noise reduction algorithm to remove normally distributed noise is suggested. It is also shown that the fraction of total dislocation content recoverable as GNDs changes as the structure of GNDs changes, which makes strain analysis based on the value of the GND content calculated ineffective. Instead, analysis of the GND structure itself is shown to correlate better with the restorative state of a material. A method of quantifying the connectedness of GND content is created and is suggested for future use. The investigation of bent samples of copper showed the effect of strain on the development of the copper microstructure after heat-treatment. Different GND structures were observed at different stages of restoration, including a secondary recovery stage after deformation is left behind mobile boundaries. Conversely, observation of the GND structure was then shown to determine the restoration stage, which aided the conclusion that the compressive end of the samples was restoring faster than the tensile side. This is believed to be because the neutral plane, at which the strain changes from tensile to compressive in nature, is located closer to the tensile end of the sample due to strain hardening effects during bending. The larger strain in the compressive region acts as a higher driving force for restoration than the tensile end. The strain around boundaries was also measured based on the boundary character. E3 boundaries were shown to shield the grain bulk from deformation under applied strain compared to non-E3 boundaries.
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Poty, Alexandre. "Etude de la plasticité dans les métaux hexagonaux à l'échelle atomique : dynamique des dislocations par dynamique moléculaire." Thesis, Metz, 2011. http://www.theses.fr/2011METZ010S/document.
Full textAbstract:
La mise en forme des matériaux passe par la déformation à l'échelle atomique de sa structure. Cette déformation implique la création et le déplacement de défauts tels que les dislocations. La mobilité des dislocations joue un rôle majeur dans la plasticité des matériaux. Il existe différents types de dislocations se déplaçant sur différents systèmes. Actuellement les systèmes de glissement principaux sont bien connus mais les systèmes secondaires, essentiels à la bonne modélisation du comportement plastique, ne le sont pas. Notre travail est de définir les systèmes principaux et secondaires, de les hiérarchiser et de donner une valeur de la contrainte permettant l'activation de la dislocation. Nous avons pour cela choisi d’utiliser la méthode de la Dynamique Moléculaire associée à des potentiels de type Embedded Atom Method (EAM). Nous avons débuté notre étude par la comparaison des performances des différents potentiels de Zirconium et de Titane publiés dans la littérature par rapport aux propriétés plastiques et élastiques obtenues expérimentalement ou par méthode ab initio. Nous avons ensuite étudié les dislocations coins dans les plans prismatiques 1, basal et pyramidal type 1. Nous avons calculé les cissions critiques d'activation de ces dislocations dans le Zirconium et le Titane. Nous nous sommes enfin intéressés aux énergies de fautes des différents plans de glissement du Zirconium et du Titane. Nous avons pour cela calculé toutes les surfaces γ de ces deux métaux. Nous avons comparé les résultats obtenus par dynamique moléculaire à des résultats obtenus par méthode ab initio. Nous avons ensuite donné un classement des différents plans de glissement<br>The forming of a material requires the deformation at an atomic level of his structure. This deformation involves the creation and movement of defaults like the dislocations. The dislocations mobility plays a major role in the plasticity of the materials. There are different types of dislocations gliding on different gliding systems. Currently the principal gliding systems are well known but the secondary systems aren't. Our work is to define the principal and the secondary gliding systems, to rank them and to calculate the value of the critical resolved shear stress responsible for the dislocation movement. For that we chose to use Molecular Dynamics with EAM (Embedded Atom Method) potentials. We began our studies by comparing the results of several EAM potentials for Zirconium and Titanium to the plastic and elastic properties obtained experimentally or by ab initio calculation.We studied edge dislocations in the prismatic, basal and pyramidal 1 planes. We calculated the critical resolved shear stress of these dislocations in Zirconium and Titanium. Finally we got interested in the fault energies of several gliding planes of Zirconium and Titanium. For that we calculated the γ surfaces of those planes. We compared results obtained by molecular dynamics to results obtained by ab initio calculation. We finally gave a classification of those planes
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Joste, Baptiste. "Simulation of plastic strain localization by Discrete Dislocation Dynamics and crystal plasticity." Electronic Thesis or Diss., Université Paris sciences et lettres, 2023. http://www.theses.fr/2023UPSLM077.
Full textAbstract:
Comprendre les processus de déformation conduisant à la défaillance des matériaux polycristallins est l'un des principaux défis de la science des matériaux. A ce jour, les mécanismes de localisation de la déformation plastique en bandes de glissement et la propagation de la déformation à travers un agrégat polycristallin ne sont pas entièrement compris. L'investigation de tels phénomènes est l'objectif du projet ANR 3DiPolyPlast. Dans l'approche de simulation multi-échelles proposée, des simulations de Dynamique des Dislocations Discrètes (DDD) seront utilisées afin de mieux modéliser le comportement individuel et collectif des dislocations à l'échelle mésoscopique. La majorité des simulations réalisées sont basées sur un couplage dit faible entre la DDD et la Méthode des Eléments Finis (MEF), dans lequel le champ de contrainte issu d'un calcul MEF en élasticité est utilisé comme condition initiale de chargement intragranulaire. Cette hypothèse permet de réaliser une étude plus systématique et physiquement justifiée des différents mécanismes ayant lieu durant la déformation plastique au sein de la microstructure de dislocation. Les simulations réalisées montrent le rôle joué par la microstructure polycristalline sur la localisation de la déformation plastique, notamment à travers les incompatibilités de déformations élastiques entraînant l'apparition de concentrations de contraintes intragranulaires. A l'aide de ces simulations, nous montrons qu'au cours de la déformation plastique, certains mécanismes comme le cross-slip ou les annihilations colinéaires permettent à la déformation plastique de s'initier dans certaines régions du grain. L'observation méticuleuse de cette microstructure de dislocation nous a permis de reconsidérer une des hypothèses initiales de nos simulations DDD, l'impénétrabilité des joints de grains. De fait, le nombre de dislocations s'empilant aux joints de grains est important et les contraintes calculées en tête de ces empilements sont de l'ordre du GPa. Une partie du travail présenté dans ce manuscrit a donc été dédié à l'implémentation d'une règle locale permettant de modéliser les mécanismes de réactions entre dislocations et joints de grains au cours de la déformation plastique. Par ailleurs, nous avons montré que ces mécanismes de réactions étaient à l'origine d'une forte diminution de l'écrouissage cinématique entraînant dans des régions locales du grain la présence d'un glissement plastique intense. D'autres calculs ont été réalisés dans le cadre du modèle discret-continu (MDC) qui couple les calculs d'éléments finis de plasticité cristalline effectués sur l'agrégat polycristallin complet avec des simulations DDD. Cette modélisation permet une description plus précise des mécanismes de déformation plastique et représente un atout majeur dans l'étude du rôle des interactions entre grains, notamment durant la déformation plastique de ces derniers. Ces simulations se révèlent aussi être une source d'informations afin de mieux comprendre les contrastes de diffraction observés expérimentalement en topo-tomographie rayons X<br>Understanding the deformation processes leading to the failure of polycrystalline materials is one of the major challenges in materials science. To date, the mechanisms of plastic strain localization into slip bands and the propagation of deformation through a polycrystalline aggregate are not fully understood. Investigating such phenomena is the aim of the 3DiPolyPlast ANR project. In the proposed multi-scale simulation approach, Discrete Dislocation Dynamics (DDD) simulations will be used to better model the individual and collective behavior of dislocations at the mesoscopic scale. The majority of the simulations carried out are based on a so-called weak coupling between DDD and the Finite Element Method (FEM), in which the stress field resulting from a FEM calculation in elasticity is used as the initial intragranular loading condition. This assumption enables a more systematic and physically justified study of the various mechanisms taking place during plastic deformation within the dislocation microstructure. The simulations carried out show the role played by the polycrystalline microstructure on the localization of plastic deformation, notably through elastic deformation incompatibilities leading to the appearance of intragranular stress concentrations. Using these simulations, we show that during plastic deformation, certain mechanisms such as cross-slip or collinear annihilation allow plastic deformation to initiate in certain regions of the grain. Meticulous observation of this dislocation microstructure has enabled us to reconsider one of the initial assumptions of our DDD simulations, the impenetrability of grain boundaries. In fact, the number of dislocations stacking up at grain boundaries is significant, and the stresses calculated at the head of these stacks are of the order of the GPa. Part of the work presented in this manuscript has therefore been dedicated to the implementation of a local rule to model the reaction mechanisms between dislocations and grain boundaries during plastic deformation. In addition, we have shown that these reaction mechanisms are responsible for a sharp decrease in kinematic strain hardening, leading to intense plastic slip in local regions of the grain. Further calculations were carried out within the framework of the discrete-continuous model (DCM), which couples crystal plasticity finite element calculations carried out on the complete polycrystalline aggregate with DDD simulations. This modeling provides a more precise description of plastic deformation mechanisms, and represents a major asset in the study of the role of interactions between grains, particularly during their plastic deformation. These simulations are also proving to be a source of information for better understanding the diffraction contrasts observed experimentally in X-ray topo-tomography
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Taupin, Vincent. "Incompatibilité du réseau cristallin et organisation collective des dislocations." Thesis, Metz, 2007. http://www.theses.fr/2007METZ025S/document.
Full textAbstract:
Une théorie multi-échelles des champs de dislocations dans les solides cristallins a été étudiée dans différents cas où la distribution des dislocations est telle que leur champ de contraintes internes soit significatif devant le champ de contraintes appliquées. Cette théorie couple les dynamiques des densités de dislocations statistiques et des dislocations en excès. Ces dernières accommodent les gradients de distorsion plastique et génèrent les champs de contraintes internes. Un modèle 2D a été introduit. Sa première application a été l'intermittence de la plasticité. Ce phénomène est lié aux contraintes internes, qui, associées à l'équation de transport, organisent un mouvement collectif des dislocations, sous forme d'avalanches rapides et localisées. Le modèle a ensuite décrit le fluage en torsion de la glace monocristalline. Les dislocations vis basales en excès accommodent sa déformation. Un effet de taille adoucissant lorsque le rayon est réduit et le comportement original en torsion inverse ont été interprétés. Le modèle a étudié ensuite l'évolution des structures de dislocations lors du vieillissement de monocristaux de glace déformés par fluage en compression. La relaxation des contraintes internes lors du vieillissement augmente la vitesse de fluage alors que l'annihilation des structures reste négligeable. Le modèle a enfin montré que les contraintes internes, générées lors de la propagation d'une bande de Lüders dans les aciers doux, évitent la formation d'une nouvelle bande après vieillissement si le sens de déformation est inversé. Les contraintes internes, associées à l'équation de transport, entraînent la propagation de la bande<br>A field dislocation theory was studied in various plasticity problems where the dislocation distribution involves internal stresses of the order of applied stress field. This theory couples the dynamics of statistical and excess dislocation densities. The latter accommodate plastic distortion gradients and generate internal stress fields. A 2D model was introduced. As a first application, it reproduced the intermittency of plasticity. This phenomenon is linked to internal stresses which, associated with transport equation, lead to a collective movement of dislocations, in the form of fast and localized avalanches. The model then described the torsion creep of ice single crystals. Excess basal screw dislocations accommodate its deformation. A softening size effect with decreasing radius and the original behavior in reversed torsion were also reproduced. The model then studied the evolution of dislocation structures during the aging of ice single crystals deformed in compression creep. Internal stresses relaxation increase creep rate while dislocation structure annihilation remains negligible. The model finally showed that internal stresses generated during the propagation of a Lüders band in mild steels avoid the nucleation of a new band after aging if the sense of straining is reversed. Internal stresses, associated with transport equation, are responsible for band propagation
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Valdenaire, Pierre-Louis. "Plasticité cristalline : Equations de transport et densités de dislocations." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016PSLEM002/document.
Full textAbstract:
Le comportement mécanique des alliages métalliques industriels, notamment ceux utilisés dans le domaine de l’aéronautique, est contrôlé par la présence de différents types de précipités et par la nucléation et propagation de défauts cristallins tels que les dislocations. La compréhension du comportement de ces matériaux nécessite des modèles continus afin d’accéder à l’échelle macroscopique. Cependant, même aujourd’hui, les théories conventionnelles de la plasticité utilisent des variables mésoscopique et des équations d’évolution qui ne reposent pas sur la notion de transport de dislocations. En conséquence, ces théories sont basées sur des lois phénoménologiques qu’il est nécessaire de calibrer pour chaque matériau et chaque application. Il est donc souhaitable d’établir le lien entre les échelles micro et macro afin de générer une théorie continue de la plasticité déduite analytiquement des équations fondamentales de la dynamique des dislocations. L’objet de cette thèse est précisément de contribuer à l’élaboration d’une telle théorie. La première étape a consisté à établir rigoureusement la procédure de changement d’échelle dans une situation simplifiée. Nous avons alors abouti à un système d’équations de transport hyperboliques sur des densités de dislocations contrôlées par des contraintes locales de friction et de backstress qui émergent du changement d’échelle. Nous avons ensuite développé une procédure numérique pour calculer ces termes et analyser leur comportement. Finalement, nous avons développé un schéma numérique efficace pour intégrer les équations de transport ainsi qu’un schéma spectral multi-grille pour résoudre l’équilibre élastique associé à un champ de déformation propre quelconque dans un milieu élastiquement anisotrope et inhomogène<br>The mechanical behavior of industrial metallic alloys, in particular those used in the aerospace industry, is controlled by the existence of several types of precipitates and by the nucleation and propagation of crystalline defects such as dis- locations. The understanding of this behavior requires continuous models to access the macroscopic scale. However, even today, conventional plasticity theories use mesoscopic variables and evolution equations that are not based on the transport of dislocations. Therefore, these theories are based on phenomenological laws that must be calibrated for each material, or, for each specific applications. It is therefore highly desirable to make link between the micro and macro scales, in order to derive a continuous theory of plasticity from the fundamental equations of the dislocation dynamics. The aim of this thesis is precisely to contribute the elaboration of such a theory. The first step has consisted to rigorously establish a coarse graining procedure in a simplified situation. We have then obtained a set of hyperbolic transport equations on dislocation densities, controlled by a local friction stress and a local back-stress that emerge from the scale change. We have then developed a numerical procedure to compute these local terms and analyze their behavior. Finally, we have developed an efficient numerical scheme to integrate the transport equations as well as a multigrid spectral scheme to solve elastic equilibrium associated to an arbitrary eigenstrain in an elastically heterogeneous and anisotropic medium
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Geslin, P. A. "Contribution à la modélisation champ de phase des dislocations." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01009892.
Full textAbstract:
Le comportement plastique des alliages métalliques est très souvent influencé par les interactions entre les précipités d'une seconde phase et les dislocations, dont la dynamique peut être étudiée par des méthodes de type champ de phase. En effet, ces méthodes présentent comme principal avantage leur caractère variationnel qui rend naturel le couplage avec la dynamique d'autres défauts (solutés, lacunes, précipités de seconde phase...). Ces travaux de thèse s'inscrivent dans ce contexte en proposant de nouveaux modèles champ de phase permettant d'étudier le comportement des dislocations, leurs interactions avec des précipités de seconde phase ainsi que les mécanismes de montée par absorption/émission de lacunes. Nous proposons tout d'abord un modèle d'élasticité non-linéaire, tenant compte du glissement des dislocations ainsi que de leur nucléation et du glissement dévié. L'utilisation de ce modèle permet de confirmer les mécanismes de perte de cohérence des précipités par la nucléation de boucles prismatiques envisagés dans des études antérieures. Nous proposons ensuite un couplage de cette approche avec un modèle tenant compte de l'évolution microstructurale de précipités Al3Sc dans une matrice d'aluminium. Nous montrons notamment que les dislocations peuvent modifier significativement la morphologie de l'interface des précipités, ce qui peut affecter la réponse mécanique du matériau. Enfin, nous développons un modèle champ de phase pour la montée des dislocations tenant compte de la diffusion des lacunes. Nous nous attachons en particulier à étudier le caractère limitant du mécanisme d'absorption/émission de lacunes au niveau du coeur des dislocations.
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Chang, Jinpeng 1974. "Atomistics of defect nucleation and mobility : dislocations and twinning." Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 2003. http://hdl.handle.net/1721.1/16601.
Full textAbstract:
Thesis (Ph. D.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Nuclear Engineering, 2003.<br>Includes bibliographical references (p. 199-211).<br>This electronic version was submitted by the student author. The certified thesis is available in the Institute Archives and Special Collections.<br>Multiscale materials modeling has emerged in recent years as a significant concept and the only viable approach to understand the mechanical response of materials by linking modeling research at different length scales and time scales, including quantum mechanics, atomistics modeling, mesoscale modeling and continuum modeling together. The role that atomistic modeling plays is important and indispensable in that it can generate understanding of the physics and pass this mechanistic understanding as well as important parameters to higher level simulations. This thesis presents theories and simulations of defect nucleation and mobility in BCC transition metal molybdenum using atomistic methods, with the two primary defects of interest being dislocations and deformation twinning, and emphasis on the atomistic mechanisms and measures. The contributions presented in the thesis may be regarded as advances in both methods development and mechanistic understanding of dislocation mobility and twinning nucleation. For atomistic studies of dislocations in a simulation cell of finite size, new methods have been derived to (1) calculate the atomic displacement field under PBC and generate atomic dislocation configuration from this displacement field; (2) quantify artificial image effect for a dislocation moving within the periodic cell and optimize geometry of simulation cell to minimize such effects. These methodological breakthroughs serve as the basis for atomistic studies of dislocations and are used repeatedly in this thesis. To understand the complex plasticity behavior of BCC metal molybdenum, we need to first understand the most fundamental problem of core structure<br>(cont.) and lattice resistance of straight dislocations before considering more complicated structures including kinks, jogs, junctions, etc. In this thesis, we examine the two major types of dislocations that are of primary interest in BCC molybdenum: screw dislocations, which is the major plasticity carrier at low temperatures, and edge dislocations, which become important at elevated temperatures. For screw dislocations, the issue of whether core is polarized or not is explored by a static calculation of core structure for the first time by a tight-binding potential. The screw core structure is determined to be non-polarized; however, the magnitude of Peierls stress, which is a measure of the lattice resistance to dislocation motion and is calculated accurately using a local-driving-force method in this thesis, remains rather high despite of the non-polarized core, suggesting that core polarization is a secondary and less important effect compared to core planarity. For edge dislocations in molybdenum, the core structure and Peierls stress is calculated using a Finnis-Sinclair potential and it is shown that edge dislocation in Mo has a planar core structure and a core width of approximately 11[angstroms], is indeed very mobile and has a Peierls stress of only 25 MPa, after correction for image effects due to boundary conditions. This new result is consistent with experimental observations of high mobility of edge dislocations and clearly rejects the proposal of kink mechanisms operating on edge dislocations that arose in the literature as a result of previous inaccurate Peierls stress calculations yielding an unrealistically high value of 700 MPa ...<br>by Jinpeng Chang.<br>Ph.D.
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Ntungu, Rodrigue Bamenga. "Ethical perspectives on mining-induced dislocations in Eastern Congo." Thesis, Boston College, 2018. http://hdl.handle.net/2345/bc-ir:108281.
Full textAbstract:
Thesis advisor: Andrea Vicini<br>Thesis advisor: Kristin E. Heyer<br>It might be unusual to identify the Democratic Republic of Congo (DRC) as a country where expulsions put at flagrant risk thousands of small farmers to make way for economic projects or natural resources extraction, as is the case in Brazil, Argentina, Chile, India, South Africa, and Zimbabwe. The lack of documentation and data greatly contributes to silencing the victims of dislocations in Eastern Congo. This research, therefore, voices six critical claims by raising the ethical question: how can Christian ethics—in the only African country with the greatest proportion (43.2 million) of baptized Catholics—humanize involuntary displacement and resettlement of communities? While the “resource curse theory” has revealed the challenges of a country riddled with economic constraints, political instability, and mining-induced conflicts, this research proposes the “protological ethics of land” as one approach to dislocations in the era of extractive industries<br>Thesis (STL) — Boston College, 2018<br>Submitted to: Boston College. School of Theology and Ministry<br>Discipline: Sacred Theology
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Vorontsov, Vassili Andreyevich. "Phase field modelling of dislocations in nickel base superalloys." Thesis, University of Cambridge, 2012. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.610288.
Full text
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Bouzaher, Abdallah. "Réseau bipériodique de dislocations d'hétéro-interface en élasticité anisotrope." Grenoble INPG, 1993. http://www.theses.fr/1993INPG0089.
Full textAbstract:
Dans ce travail un modele original de calcul des champs elastiques des reseaux hexagonaux de dislocations d'hetero-interfaces est propose en elasticite anisotrope. Les conditions aux limites sont les suivantes: a) les dislocations sont intrinseques et n'engendrent pas de contraintes a longue distance. B) la condition de raccordement des deux milieux a l'interface est representee par un deplacement relatif lineaire a l'interieur d'un hexagone, et discontinue le long de ses cotes. Les champs des deplacements et des contraintes sont etablis et calcules numeriquement par des programmes fortran. Une formule analytique, obtenue par integration, est etablie pour determiner l'energie elastique stockee par unite de surface du joint. Elle est appliquee dans les cas suivants: a) hetero-interface cu/fe, b) hetero-interface cosi#2/si, c) hetero-interface gamma/gamma dans les superalliages, d) joints de torsion dans les metaux cfc
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Carton, Patrick. "Caractérisation de GaAs massif et contraste EBIC des dislocations." Lille 1, 1990. http://www.theses.fr/1990LIL10052.
Full textAbstract:
Nous nous sommes intéressés au cours de cette étude aux propriétés de recombinaison des porteurs minoritaires sur les dislocations. L'étude du contraste EBIC de dislocations perpendiculaires à la surface, de caractère et de dislocations de croissance a été effectuée sur des échantillons massifs d'arséniure de gallium de type n (n6. 1016 cm3). Nous avons utilisé pour cela, des diodes de Schottky perpendiculaires au faisceau d'électrons. Le contraste EBIC a été mesuré à forte tension d'accélération en fonction du courant de faisceau des électrons incidents à 300 k et pour une valeur du courant de faisceau a 77 k. Les paramètres physiques du matériau tels la longueur de diffusion l des porteurs minoritaires et le niveau de dopage influencant la valeur du contraste de la dislocation, une caractérisation préalable de l'échantillon dans des zones proches des dislocations a été nécessaire. L'étude de l a 300 k et a 77 k a permis de montrer que celle-ci est contrôlée par les niveaux légers à basse température et par les niveaux profonds à température ambiante. Une variation de la largeur de la zone de charge d'espace a pu être détectée à basse température et est sans doute due à l'ionisation d'un centre profond qui pourrait être el2. Les résultats expérimentaux de contraste EBIC des dislocations sont du même ordre de grandeur que ceux calculés à partir d'un modèle physique faisant l'hypothèse d'une recombinaison intrinsèque. Les valeurs expérimentales sont environ deux fois plus faibles que les valeurs calculées; ceci nous conduit à introduire un rayon de recombinaison effectif inférieur au rayon d'écran de read utilise dans les calculs. Nous avons également pu mettre en évidence que les niveaux associés aux dislocations sont plus éloignés du niveau de fermi que les niveaux associés aux dislocations
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Maloy, Stuart Andrew. "Dislocations and mechanical properties of single crystal molybdenum silicide." Case Western Reserve University School of Graduate Studies / OhioLINK, 1994. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=case1057592461.
Full text
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Girault, Patrick. "Activité électrique des dislocations dans le Hg0,8Cd0,2Te déformé plastiquement." Poitiers, 1991. http://www.theses.fr/1991POIT2309.
Full textAbstract:
Ce memoire est une contribution a l'etude de l'activite electrique des defauts introduits par compression uniaxiale du compose ternaire hg#0#,#8cd#0#,#2te. La caracterisation electrique des echantillons references est faite a partir de la constante de hall r#h (t<100 k) et la mobilite hall (t<30 k). La mobilite de derive, confondue avec la mobilite hall, est supposee due a la diffusion par les impuretes ionisees. Le materiau de type p, non degenere, est fortement compense; les niveaux d'energie dont nous determinons la degenerescence et qui sont associes a la lacune de mercure une fois et deux fois chargee, se situent respectivement aux alentours de 8 et 50 mev au-dessus du haut de la bande de valence. Le materiau de type n est degenere; la caracterisation electrique des echantillons references est effectuee en utilisant les expressions de concentration et de mobilite que nous proposons. Ces echantillons s'averent etre egalement compenses. Apres deformation plastique, on observe une augmentation systematique de la resistivite avec le taux de deformation quel que soit le type du materiau. De plus, on note une diminution de r#h pour le type p alors que, dans le type n, |r#h| augmente pour une faible deformation puis diminue de facon continue lorsque le taux de deformation augmente. Un changement de signe de r#h a ete observe pour un echantillon de type n fortement dope depourvu de sources de dislocations. Lors de la deformation plastique d'un materiau de type n faiblement dope, des dislocations avec des atomes de cur differents (a ou b) ont ete introduites. L'evolution, avec la deformation, des caracteristiques electriques est identique quelque soit l'atome de cur. L'analyse des resultats experimentaux montre que la deformation plastique cree a la foie des defauts ponctuels donneurs et des dislocations. Ces dernieres ont un niveau d'energie proche du sommet de la bande de valence