个人信息Personal Information
学历：博士研究生毕业
学位：工学博士学位
性别：男
学科：力学. 航空宇航科学与技术. 材料科学与工程. 机械工程. 冶金工程. 先进制造. 航空工程. 材料工程. 冶金工程. 机械工程. 固体力学
多尺度与微纳米力学，梯度结构材料，界面力学，固体本构关系，应变梯度理论，晶体塑性有限元，离散位错动力学，分子动力学，高熵合金，大数据与机器学习，材料基因，极端力学，高性能材料
报考该导师研究生的方式
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Acta Materialia: 位错-晶界交互作用的三维离散位错动力学模拟
材料科学与工程微信公众号：https://mp.weixin.qq.com/s/O7cexLY0B-lUJmkluOZdSg
西南交通大学力学与工程学院主页：https://lixue.swjtu.edu.cn/info/1059/5671.htm
材料的微结构对材料的力学行为有重要的影响。晶界作为金属材料内部的重要面缺陷，其与线缺陷位错的交互作用在很大程度上决定了材料的塑性、疲劳与断裂行为。离散位错动力学模拟作为原子尺度的分子动力学模拟和宏观尺度的有限元模拟的桥梁，是研究微尺度下力学行为与变形机理的重要手段。在三维位错动力学框架中建立基于物理机制的且适用于各种晶界类型的晶界模型，有重要的科学意义，是一个重要的研究挑战，但相关研究还鲜见报道。
图1 三维离散位错动力学框架中位错-晶界交互作用模型
发表在Acta Materialia上的研究工作，在三维离散位错动力学-有限元耦合框架中，采用“粗粒化”的思想，建立了考虑晶界吸收位错和晶界发射位错两种机制的位错-晶界交互作用模型。几何上，晶界面被划分成大小相等的网格。物理上，在晶界吸收位错和晶界发射位错阶段，每个网格可分别视为一个“位错汇”和“位错源”。本构准则方面，位错被晶界吸收的临界应力（晶界强度）通过分子动力学模拟确定，位错发射需考虑几何条件和应力条件。通过上述处理，该晶界模型可以有效地处理任意晶界取向差下位错与晶界的交互作用。
图2 单晶、含刚性晶界和含非刚性晶界双晶微柱的位错结构以及位错密度的分布 双晶微柱压缩的离散位错动力学模拟有效地验证了晶界模型的有效性。
模拟结果表明：(1)双晶微柱的屈服强度比对应的单晶微柱高，该现象不仅与双晶微柱中晶界对位错的截断导致位错源长度变短有关，而且与位错在晶界附近塞积紧密相关；(2)在压缩应力-应变曲线中，应力陡降主要与位错-晶界以及位错-位错的交互作用有关，应力陡降幅值的大小顺序为：含刚性晶界的双晶微柱<含非刚性晶界的双晶微柱<具有多滑移的单晶微柱<具有单滑移的单晶微柱；(3)在大角度倾斜晶界双晶微柱中，晶界的取向差以及晶界强度对分切应力、位错吸收和发射等力学响应没有直接影响，双晶微柱的流动应力主要与复杂的晶界特征以及林位错相互作用产生强化与可动位错运动产生软化之间的竞争有关。
图3 三个不同取向差的双晶微柱应力、总位错、吸收位错和发射位错的演化以及总位错密度沿晶界面法向的分布
该研究受到国家自然科学基金（No. 11672251 和 No. 11872321）的资助。
论文信息：X. Zhang, S. Lu, B. Zhang, X. Tian, Q. Kan, G. Kang*, Dislocation–grain boundary interaction-based discrete dislocation dynamics modeling and its application to bicrystals with different misorientations, Acta Mater. 202 (2021) 88-98. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.10.052