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细观和纳观力学的若干进展 杨卫 清华大学工程力学系 清华大学工程力学系 毫米尺度疲劳断裂量测 Biaxial Fatigue Testing 2001. 9. 1-5 细观显微加载 纳米尺度 疲劳断裂量测 清华大学工程力学系 CM/MD 联合模拟 ? Green function method for lattice statics, Zhou et al. (1992) ? Combined CM/MD simulation by an overlapping layer, Tan & Yang (1994) 2001. 9. 1-5 清华大学工程力学系 CM/MD 联合模拟 ? Adaptive quasi-continuum method, Phillips & Ortiz (96-99) ? Material Point Method ? Lattice-Material Point Method, Tan (2000) ? Hierarchical ? Adaptive ? Dynamic ? Seamless ? Multi-scales 2001. 9. 1-5 ? Triple identities 裂尖位错发射 Xing, Dai & Yang Science in China （ 2000 ） initial crack tip current crack tip 0.06 0.05 Theoretical 0.04 ? ? E xperimental 0.03 0.02 0.01 0 0 20 40 60 80 Distance from crack tip (nm) S t r a i n i n y d i r e c t i o n Dislocation Emission from a Crack Tip 多向喷丸引起表面纳米化 ? 吕坚与卢柯的喷丸引起表面纳米化实验 初始晶粒为 50 ? m 的铁材料经过喷丸撞击 450 秒后，表层形成尺寸为 10nm 的纳 米晶粒。 清华大学工程力学系 喷丸引起位错增殖 喷丸撞击的二维简化模型 实验参数 试件表面尺寸： 30 × 35 mm 2 喷丸直径： 2 mm 喷丸数目： 300 个 喷丸速度： 5~20 m/s 喷丸 流量： 9~90 次 /(s· mm 2 ) 斜入射比垂直入射可引入更高的表层位错密度 2001. 9. 1-5 Flow Chart Data input, time step selection Iteration starts Pressure & friction force of shot-peens Total change in dislocation density FEM computes velocity and stress fields Density evolution by dislocation interaction Density evolution by dislocation migration Density evolution by dislocation generation Plastic strain rate by dislocation motion Change in sample surface profile Exit iteration Acceleration, velocity, spin & location of shots Output dislocation density 清华大学工程力学系 Numerical Simulation Parameters: Iron sample: E = 2.00 ? 10 11 Pa ， ? =0.3 ， ? =7.8 ? 10 3 Kg/m 3 Shots: ? = 7.8 ? 10 3 Kg/m 3 Dislocations: b = 2.48 ? 10 -10 m Hardening – ? 0 = 200 MPa ， ? 0 = 0.1 Mobility – V S = 2.98 ? 10 3 m/s, B =4.00 ? 10 10 Pa Source – ? CR = ? Y , m S