ارائه روابط متشکله در تغییرشکل داغ پلی کریستال ها و نانومواد
چکیده
به منظور ساخت قطعات پیچیده از موادی با خواص مکانیکی مطلوب و وزن کم که کاربرد زیادی در صنایع خودروسازی و هوافضا دارند از فرآیندهای شکل دهی در دماهای بالا استفاده می شود. در شکل دهی در دمای بالا، رفتار مواد، وابستگی زیادی به نرخ تغییرشکل و اندازه دانه دارد. رفتار موادی با دانه بندی کوچک تر از جمله نانوکریستال ها، در دمای محیط نیز به نرخ تغییرشکل و اندازه دانه وابستگی زیادی دارد. استفاده از این مواد در سال های اخیر به دلیل خواص منحصر به فرد آن ها مورد توجه قرار گرفته است. علاوه بر وابستگی رفتار به نرخ تغییرشکل و اندازه دانه شباهت های میکروساختاری نیز در تغییرشکل مواد گرم و نانوکریستال ها مشاهده شده است. در این دو گروه از ماده مکانیزم های متعددی همچون تغییرشکل داخل کریستال ها ناشی از حرکت نابجایی ها، لغزش در مرزدانه ها و پدیده پخش اتم ها در مرزدانه ها تغییرشکل ماده را بوجود می آورند و این تغییرشکل با تغییراتی در اندازه دانه-ها نیز همراه است. در رساله حاضر به بررسی هر یک از این مکانیزم ها در این دو گروه از ماده پرداخته می شود. با بررسی این مکانیزم ها و معادلات حاکم بر آن ها روابط متشکله ای که در برگیرنده اثرات نرخ کرنش ماکروسکوپیک و اندازه دانه بر تنش جریان ماکروسکوپیک باشد برای هر یک از این مکانیزم ها ارائه می گردد. در نهایت اثر مکانیزم های غالب در یک معادله متشکله جدید با رویکرد میکروساختار که توانایی تحلیل مسائل ماکرو را دارد ارائه می گردد. علاوه بر اینکه از این مدل انتظار می رود که با در نظر گرفتن مکانیزم های ریزساختار ماده فهم بهتر رفتار ماده را میسر سازد این مدل باید پاسخگوی تمامی پدیده های تاثیرگذار ماکرو مشاهده شده در مواد وابسته به نرخ کرنش مانند وابستگی به نرخ کرنش، اندازه دانه و سخت شوندگی ماده باشد و بتواند رفتار ماده در گستره وسیعی از این پارامترها و همچنین در حالت های سه بعدی تنش را با حجم محاسبات کم پیش بینی کند. معادلات متشکله ارائه شده در موادی که در دماهای بالاتر از نصف دمای ذوب تغییرشکل می دهند و در مواد نانوساختار مورد استفاده و راستی آزمایی قرار می گیرد و توانایی های این معادلات در پیش بینی صحیح رفتار هر یک از این مواد در شرایط مختلف بررسی می-شود. همچنین این معادلات رفتار های مختلف مکانیکی مشاهده شده در نانوکریستال ها مثل اثر معکوس هال-پچ، وابستگی شدید به نرخ کرنش و افزایش این وابستگی با کاهش نرخ کرنش و تفاوت رفتار در کشش و فشار را پیش بینی می کنند. همچنین با استفاده از مزیت این معادلات در پیش بینی سهم مکانیزم های میکروساختاری در تغییرشکل مدلی به منظور پیش بینی شروع حفره در شکل دهی سوپرپلاستیک ارائه می گردد.