جلسه دفاع رساله دکترای (آقای سهیل نیک نفس)

موضوع:  شبیه‌سازی چند مقیاسی دانه درشت خستگی در آلومینیوم

ارائه دهنده: سهیل نیک‌نفس

استادان راهنما: دکتر محمد سیلانی

استادان داور: دکتر سعید ضیایی راد-دکتر مهدی جوانبخت

چکیده:

خستگی، یکی از اصلی‌ترین عامل‌های شکست در قطعه‌های مکانیکی است. این پدیده در قطعه‌هایی که تحت بارگذاری متغیر، ارتعاش سازه‌ای، بارگذاری اتفاقی و چرخه‌های حرارتی هستند، قابل مشاهده می‌باشد. فرآیند خستگی در مقیاس ماکرو و به کمک نظریه‌های مکانیک پیوسته مطالعه شده است. این روش‌ها، امکان مدل‌سازی فرآیندهای پیچیده غیر خطی مانند هسته‌زایی و رشد ترک را ندارند. با توسعه روش‌های دینامیک مولکولی، امکان بررسی فرآیندهای پیچیده یاد شده در مقیاس پایین‌تر و در نتیجه پدیده‌های وابسته به رشد ترک، مانند خستگی فراهم شده است و با بررسی رفتار ماده در مقیاس نانو و میکرو، می‌توان درک مناسبی از متغیرهای تاثیرگذار، در مدل‌های پیوسته پیدا کرد. هنگام بارگذاری و باربرداری در مقیاس نانو، با توجه به تغییر شکل پلاستیک زیاد، پیش از رشد ترک، به ناحیه اتمی بزرگی نیاز است که هزینه محاسباتی بسیار بالایی تحمیل خواهد کرد. برای کوچک کردن این ناحیه از روش دینامیک مولکولی دانه درشت، استفاده خواهد شد. این روش با مدل کردن چندین اتم‌ به صورت یک دانه و همچنین استفاده از پتانسیل توسعه یافته مورس، تغییر شکل پلاستیک و رشد نابجایی‌ها را محدود کرده و بنابراین ناحیه اتمی کوچک‌تری برای بررسی خستگی نیاز است. با توجه به رفتار ترد ماده دانه درشت و محلی شدن ترک، با پیاده‌سازی روش شبیه‌سازی دو مقیاسی همزمان، می‌توان برای ناحیه‌های دور از ترک، شبیه‌سازی پیوسته و برای ناحیه‌های نزدیک به ترک، شبیه‌سازی مولکولی انجام داد که این روش با تقسیم دامنه حل، به دو ناحیه‌ی پیوسته و مولکولی، در مقایسه با روش تمام مولکولی، هزینه محاسباتی پایین‌تری خواهد داشت و با ترکیب دو روش دینامیک مولکولی دانه درشت و شبیه‌سازی دو مقیاسی، مطالعه خستگی در مقیاس میکرو و نانو با هزینه کمتری قابل انجام خواهد بود. در این تحقیق برای مدل‌های مرز دوقلو و دو کریستال، جهت‌های کریستالی برای حداقل انرژی مرز دانه‌ای بررسی می‌شود. برای جلوگیری از بسته شدن نوک ترک و ایجاد اثر غیر واقعی، روش شناسایی انطباقی مسیر ترک طراحی و پیاده‌سازی خواهد شد. با ایجاد مدل‌های یک مقیاسی تک کریستال، مرز دوقلو، دو کریستال و پلی کریستال برای آلومینیوم، به کمک روش دینامیک مولکولی دانه درشت، رفتار خستگی آلومینیوم شبیه‌سازی شده و سپس ضریب‌های مادی قانون پاریس، استخراج و در نهایت روش دو مقیاسی همزمان اتصال دامنه، کدنویسی و اعمال خواهد شد. برای شبیه‌سازی خستگی در تمام مدل‌های یاد شده از نرم افزار لمپس استفاده می‌شود.