تغيير شكل هاى نابجا
شفيق مهر آئين*
تغيير شكل پلاستيك در فلزات اساساً در اثر گسسته شدن و پيوستن مجدد اتصالات بين اتم ها رخ مى دهد. اين به نوبه خود موجب حركت نابجايى (dislocation) در مواد پلى كريستالى مى شود. تغيير شكل ناهمگن در بلور هاى كريستالى در اثر همين فرآيند حركت نابجايى ها و اثرات متقابل آنها بر يكديگر و تاثير آنها بر عيوب ساختارى مواد در مقياس ريز است. توصيف تغيير شكل هاى پلاستيك مواد با استفاده از قانون رفتارى ماده در مقياس بزرگ داراى محدوديت هايى است. اين محدوديت ها شامل اطلاعات موجود از ماده در مقياس درشت و عيوب ساختارى موضعى در ماده است. تئورى كلاسيك نابجايى ها پژوهشگران را به درك صحيح رفتار عيوب ساختارى در كريستال هاى ماده و تداخل اين عيوب با يكديگر، رهنمون شده است. با اين وجود به نظر نمى رسد چنين تئورى .
جوابگوى مناسبى براى توصيف رفتار بسيار پيچيده و سازمان يافته توده اين نابجايى ها در بارهاى متحرك باشد. به همين علت دو روش جديد در دهه گذشته بيشتر مورد توجه محققان قرار گرفته است:
۱- مدل سازى و شبيه سازى كامپيوترى نابجايى هاى متحرك در مواد.
۲- روش خودسازمان يافته در شكل گيرى ساختار هاى نابجايى ها در مواد.
روش شبيه سازى كامپيوترى درصدد است رفتار يكايك نابجايى ها در ماده را با يكديگر تركيب كند. (شبيه آنچه در تئورى كلاسيك نابجايى بيان مى شود) به علاوه پيچيدگى ناشى از تداخل اين نابجايى ها نيز به صورت صريح توسط روش هاى عددى بررسى و تفسير مى گردد. يك روش جديد كامپيوترى چند مقايسه مدل سازى تغيير شكل پلاستيك ماده را با در نظر گرفتن حركت نابجايى ها در مقياس ميكروسكوپى تسهيل مى كند. به علاوه رابطه نيرو تغيير شكل ماده را در چارچوب روش هاى چند مقايسه قابل حضور مى سازد. به طور كلى در اين روش تغيير شكل پلاستيك ميانگين در زيرساخت هاى ماده توسط مدل سازى حركت نابجايى ها به دست آورده مى شود. اين اطلاعات به دست آمده براى حصول خصوصيات فيزيكى همگن شده الاستيك- پلاستيك ماده در مقياس درشت (ماكروسكوپى) استفاده مى شود. به طور دقيق تر از نظر رياضى اين تغيير شكل هاى الاستيك- پلاستيك از طريق ارتباط بين دو مقياس مختلف ماده (ماكروسكوپى و ميكروسكوپى) توسط گراديان تغيير شكل يافته در نقاط انتگرال گيرى در روش المان مرزى، در محاسبات اعمال مى شودروش رياضى- كامپيوترى چند مقايسه براى يكپارچه كردن مكانيك رفتارى نابجايى ها در ماده در مقياس ريز و مكانيك رفتارى ماده در مقياس درشت ابداع شده است. از اين روش مى توان براى پيش بينى تغيير شكل هاى پلاستيك در مواد پلى كريستال استفاده كرد. در اين روش فرمول تغييراتى چند مقايسه لاگرانژى براى بررسى رفتار هاى غير خطى هندسى و غير خطى ماده اى ارائه شده است. با مجزا سازى متغير هاى ميدانى و متغير هاى ناشى از حركت نابجايى ها كه در بيان معادلات رفتارى مواد به كار مى رود، مقياس هاى مختلف مجزا مى شوند، بدين وسيله معادلات تابع زمان حركت اين نابجايى ها و معادله مرتبط كننده مقياس هاى ريز و درشت و معادله رفتارى ماده همگن شده معادل در مقياس درشت به دست آورده مى شود. سپس با دانستن سرعت حركت اين نابجايى ها در ماده و نحوه توزيع اتم ها در حضور اين نابجايى ها رابطه نيرو- تغيير شكل در حالت الاستيك- پلاستيك در مقياس ماكروسكوپى به دست آورده مى شود. سپس اين معادلات رفتارى تابع زمان توسط روش هاى عددى مناسبى حل مى شوند تا تغيير شكل الاستيك- پلاستيك ماده مطابق آزمايش هاى تجربى نمايان گردد. نكته شايان توجه اين است كه در اين روش از بيان صريح قانون سخت شدگى و پلاستيك شدن ماده در اثر بار گذارى بيش از حد كه مورد استفاده در تئورى كلاسيك پلاستيك مواد است اجتناب مى شود. در حقيقت اين رفتار پيچيده ماده از بررسى اتم ها و مكانيك حركت نابجايى ها در ماده به دست آورده مى شود كه با نتايج آزمايشى مطابقت كامل دارد. بدين ترتيب با استفاده از اين روش نيازى به بيان قانون مصنوعى و پارامتر هاى اضافى براى بيان رفتار ارتجاعى و پلاستيك ماده نيست.
* دانشجوى فوق دكتراى دانشگاه كاليفرنيا
روزنامه شرق
شنبه، خرداد ۰۷، ۱۳۸۴
ساخت مواد پلى كريستال جديد
اشتراک در:
نظرات پیام (Atom)
هیچ نظری موجود نیست:
ارسال یک نظر