عنوان پایان‌نامه
شبیه سازی چند مقیاسی همزمان رفتار نابجایی در فرآیند دندانه گذاری نانو بر غشاهای نازک
- رشته تحصیلی
- مهندسی عمران - سازه
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 2116;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 70939
- تاریخ دفاع
- ۰۹ شهریور ۱۳۹۴
- دانشجو
- گلسا طلوعی اشلقی
- استاد راهنما
- سهیل محمدی توچائی
- چکیده
- شبیه‌سازی‌های شبه‌پیوسته دو بعدی فرایندهای دندانه‌گذاری نانو بر غشاهای نازک آلومینیومی با اندودهای نیکل، مس و نقره با ضخامت‌های متفاوت و عرض‌های مختلفی از دندانه‌گذار با به کارگیری پتانسیل‌های روش اتم جاسازی‌شده انجام می‌شوند. به منظور مطالعه‌ی اثرات اندودهای محافظ بر رفتار مکانیکی غشاهای نازک آلومینیومی اندود‌شده، فرایند دندانه‌گذاری نانو برای تعیین سختی، بار بحرانی دندانه‌گذاری برای ارسال اولین نابجایی، عمق بحرانی دندانه‌گذاری و پدیده‌های فیزیکی مرتبط دیگر مانند هسته‌زایی، ارسال و حرکت نابجایی‌ها در زیر دندانه‌گذار بررسی می‌شوند. نتایج حاصل نشان می‌دهند که اندودهای سطحی در تماس‌های مقیاس نانو می‌توانند تاثیر قابل توجهی بر سختی سطح داشته باشند و مشخصات پلاستیسته‌ی اولیه در فرایند دندانه‌گذاری نانو به طور قابل ملاحظه‌ای به ماده‌ی اندود و ضخامت آن وابسته است. اگرچه سختی دندانه‌گذاری غشای نازک آلومینیومی با اندود نقره کاهش می‌یابد، اندودهای نیکل و مس سختی غشای آلومینیوم را تا میزان سختی ماده‌ی اندود بسیار افزایش می‌دهند. عمق بحرانی دندانه‌گذاری با کاهش ضخامت اندود افزایش می‌یابد که نشان می‌دهد پدیده‌ی نرم‌شدگی در غشای نازک آلومینیومی اندود شده رخ می‌دهد. به منظور بررسی اثرات اندازه‌ی دندانه‌گذاری، دندانهگذارهای مستطیلی با عرض‌های مختلف و دندانهگذارهای گوه‌ای با زوایای راس گوناگون در نظر گرفته می‌شوند. بار و عمق بحرانی دندانه‌گذاری با افزایش عرض دندانه‌گذار مستطیلی افزایش می‌یابند، در حالی که سختی دندانه‌گذاری با افزایش عرض دندانه‌گذار کم می‌شود. همچنین یک زاویه‌ی راس بحرانی برای دندانه‌گذار گوه‌ای در ارسال نابجایی وجود دارد. شبیه‌سازی‌های شبه‌پیوسته برای مدلسازی ابعاد آزمایشگاهی دندانه‌گذاری نانو و حذف اثرات شرایط مرزی در مدل‌های تمام- اتمی با حفظ دقت اتمی در توصیف رفتار نابجایی انجام می‌شوند. نتایج کمی و کیفی شبیه‌سازی‌ها با نتایج حاصل از آزمایشات و مدل‌های تحلیلی نابجایی رایس- تامسون و پیرلز-نابارو تطابق خوبی نشان می‌دهند
- Abstract
- Two-dimensional quasicontinuum (QC) simulations of nanoindentation processes are conducted on aluminium thin films with nickel, copper and silver coatings of different thicknesses under various indenter widths using the embedded atom method (EAM) potentials. To study the effects of protective coating on the mechanical behavior of coated aluminium thin films, the nanoindentation process is performed to determine the hardness, the critical indentation load for first dislocation emission, the critical indentation depth and other associated physical phenomena, such as nucleation, emission and evolution beneath the indenter. The obtained results reveal that surface coatings at nanoscale contacts may have a pronounced effect on the perceived hardness of the surface and the characteristics of incipient plasticity in nanoindentation process vary significantly due to the possible influences of coating material and thickness. Although the indentation hardness for the aluminium thin film with silver coating decreases, nickel and copper coatings increase it substantially to the same hardness as the coating material. The critical indentation depth increases with the decrease of coating thickness, which indicates that a softening phenomenon happens in the coated aluminium thin film. In order to discuss the indentation size effect, rectangular indenters with different widths and wedge indenters with different vertex angles are considered. The critical indentation load and depth increase with the increase of the rectangular indenter width, while the indentation hardness decreases as the indenter width increases. Furthermore, there is a critical vertex angle to emit dislocations for wedge indenters. Meanwhile, maintaining the atomistic detail for describing the dislocation behavior under the indenter, selection of QC is to ensure breaking through the limitation of relatively small spatial sizes and to omit the influences of the boundary conditions in the conventional atomistic methods. The results are shown to be in good agreement with experimental data and the analytical Rice-Thomson and Peierls-Nabarro dislocation models.
