单晶铜塑性变形的二维离散位错动力学模拟研究

王春晖，孙朝阳，郭祥如，魏云灿，蔡 旺

1) 北京科技大学机械工程学院,北京 100083 2) 北京科技大学金属轻量化成形制造北京市重点实验室,北京 100083 3) 北京科技大学顺德研究生院,佛山 528000 4) 天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室,天津 300384

随着以传感器和激励器为代表的微机械微电子元器件的广泛应用和发展，亚微米尺度晶体材料表现出明显区别于宏观尺度材料的力学行为[1−2]，如尺寸效应[3−5]、时空不连续性[6−7]以及应变率敏感性[8−9].为了评估并预测亚微米尺度晶体元器件在加工和服役中的性能，需要搭建起反常力学响应与微结构演化的桥梁，分析其在不同加载方式和应变率下的力学响应和位错机制.

实验研究表明，单向压缩的亚微米尺度单晶在不同加载方式下呈现显著的时空不连续性：在力加载时，应力−应变曲线呈现台阶状；在位移加载时，应力−应变曲线呈现锯齿状.离散位错则以类似“雪崩”的方式贡献塑性应变，在晶体表面形成很多滑移带和滑移线[10−11].Papanikolaou 等[12]和Maaß等[13]通过实验发现了非常规的准周期性雪崩式应变爆发.Csikor 等[14]通过三维位错动力学（Three-dimensional discrete dislocation dynamics,3D−DDD）模拟和相应变形行为的统计分析，确定了位错雪崩过程中应变变化的分布，并建立了其对微晶尺寸的依赖关系.上述研究揭示了发生应变突增或者应力陡降的内在原因，并基于模型和理论表征其规律性，然而未分析加载方式对间歇性行为的影响.Cui 等[15−16]在3D−DDD 模拟中通过调整外部加……