Izboljšana teorija kristalne plastičnosti z gradientom deformacije: Razvoj dolžinske skale med deformacijo

Amirhossein Lame Jouybari, dr. Samir El Shawish in prof. dr. Leon Cizelj z Odseka za reaktorsko tehniko (R4) Instituta »Jožef Stefan« so v reviji International Journal of Plasticity objavili znanstveni članek z naslovom "Izboljšana teorija kristalne plastičnosti z gradientom deformacije: Razvoj dolžinske skale med deformacijo". International Journal of Plasticity je zelo ugledna mednarodna revija na področju plastične deformacije ter obnašanja trdnih snovi pri poškodbah in lomu.

Avtorji predlagajo novo teorijo za natančnejši opis nastanka lokaliziranih strižnih pasov v obsevanih kovinah pod mehanskimi obremenitvami. Klasični modeli pogosto napačno napovedujejo širjenje teh pasov in njihovo postopno izginjanje z večanjem obremenitve, kar ne odraža dejanskega obnašanja materialov.

Nova teorija ta problem rešuje z uvedbo spremenljivega parametra višjega reda, ki povezuje nastanek strižnih pasov z razvojem mikrostrukture materiala med obremenitvijo. Na ta način pasovi ostanejo omejeni na ozka območja tudi pri večjih deformacijah. Teorija je posebno uporabna za kovine, ki pri obremenitvi kažejo mehčanje, kot so materiali izpostavljeni nevtronskemu obsevanju v jedrskih reaktorjih. Ti materiali so nagnjeni k nastanku lokaliziranih strižnih pasov, kar lahko povzroči koncentracijo napetosti na mejah kristalnih zrn in posledično vodi do nastanka razpok.

Za numerično implementacijo teorije so raziskovalci razvili lastno računsko kodo, ki temelji na metodi hitre Fourierjeve transformacije, njena natančnost pa je bila potrjena z analitičnimi rešitvami. Nova teorija skupaj z numerično implementacijo predstavlja pomemben korak naprej pri napovedovanju obnašanja kovin v zahtevnih delovnih pogojih, kot so jedrski reaktorji.

Slika: Rezultat simulacije 2D modela polikristalnega agregata z 1800 zrni. Na večji sliki je prikazana porazdelitev plastične deformacije pri natezni deformaciji 0.02. Na manjših slikah je prikazano povečano območje A pri treh različnih obremenitvah (0.004, 0.012 in 0.02); poleg porazdelitve plastične deformacije je prikazan tudi kot rotacije.