Diszlokáció rendszerek statisztikus tulajdonságainak vizsgálata = Investigation of the statistical properties of dislocation ensembles

A pályázat célkitűzéseinek megfelelően diszlokációk kollektív tulajdonságait vizsgáltuk mint elméletileg mind kísérletileg. Analitikus számításokkal és numerikus szimulációval vizsgáltuk a diszlokációk következtében kialakuló belső feszültségeloszlás tulajdonságait. Megállapítottuk, hogy az eloszlás központi része Lorentz eloszlású, míg a lecsengő tartományban a feszültség köbével fordítottan arányos. Továbbá kimutattuk, hogy a külső feszültség hatására egy a feszültség 4. hatványával leeső aszimmetrikus tag jelenik meg. Megmutattuk, hogy egy 2D diszlokációrendszer relaxációja során a különböző fizikai mennyiségek az idő hatványfüggvényeként csengenek le. Kimutattuk, hogy a diszlokáció climb bekapcsolása jól definiált cellaszerkezet kialakulásához vezet.. A korábban mikroszkopikus meggondolásokkal kidolgozott diszlokáció kontinuum elméletet sikerült egy variációs elvből származtatni. Ez lehetővé tette az elmélet általánosítását többszörös csúszásra ill. oldott atomok hatásának beépítését is. Az elmélet segítségével részletesen megvizsgáltuk egy extra hozzáadott diszlokáció terének árnyékolását a többi diszlokáció átrendeződése következtében (Debye screening) . A kísérleti munka során nanoindentációval Cu egykristályokon meghatároztuk a mikrokeménység relatív fluktuációját. Az irodalomban először megállapítottuk, hogy a diszlokációsűrűséghez hasonlóan ez is az alkalmazott feszültség függvényében egy éles maximumot mutat. | According to the proposal the collective properties of dislocations were investigated both by theoretical and experimental methods. The properties of the internal stress distribution generated by dislocations were investigated by analytical calculations and computer simulations. It was found that the central part of the distribution is Loretzian while its tail decays with the invers cube of the stress. If external stress is applied the distribution becomes asymmetric. The antisymmetric part decaying with the invers fourth power of the stress. Numerical studies show that during the relaxation of the dislocation ensemble the different macroscopic quantities decay with some power of the time. Beside this, it is obtained that the dislocation climb leads to the the formation of cell structure. The continuum theory of dislocations derived earlier from microscopic considerations was reformulated into a phase field theory. This allowed us to extend the theory to multiple slip and study the influence of solute atoms. With this framework the Debye screening of the stress field of an extra dislocation was analysed in details . The relative fluctuation of microhardness (RFM) was determined by nanoindentation performed on deformed Cu single crystals. It was found that like the fluctuation of the dislocation density the RFM alo exhibits a sharp maximum as a function of applied stress

Submicron plasticity: yield stress, dislocation avalanches, and velocity distribution

The existence of a well defined yield stress, where a macroscopic piece of crystal begins to plastically flow, has been one of the basic observations of materials science. In contrast to macroscopic samples, in micro- and nanocrystals the strain accumulates in distinct, unpredictable bursts, which makes controlled plastic forming rather difficult. Here we study by simulation, in two and three dimensions, plastic deformation of submicron objects under increasing stress. We show that, while the stress-strain relation of individual samples exhibits jumps, its average and mean deviation still specify a well-defined critical stress, which we identify with the jamming-flowing transition. The statistical background of this phenomenon is analyzed through the velocity distribution of short dislocation segments, revealing a universal cubic decay and an appearance of a shoulder due to dislocation avalanches. Our results can help to understand the jamming-flowing transition exhibited by a series of various physical systems.Comment: 5 page

Role of density fluctuations in the relaxation of random dislocation systems

We study the relaxation dynamics of systems of straight, parallel crystal dislocations, starting from initially random and uncorrelated positions of the individual dislocations. A scaling model of the relaxation process is constructed by considering the gradual extinction of the initial density fluctuations present in the system. The model is validated by ensemble simulations of the discrete dynamics of dislocations. Convincing agreement is found for systems of edge dislocations in single slip irrespective of the net Burgers vector of the dislocation system. It is also demonstrated that the model does not work in multiple slip geometries.Comment: 25 pages, 11 figures; submitted to Journal of Statistical Mechanics: theory and experiment after 2nd round of referenc