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体心立方Ta的广义面错能及在Ⅱ型裂纹尖端初始塑性研究中的应用
体心立方Ta的广义面错能及在Ⅱ型裂纹尖端初始塑性研究中的应用
摘要：
本文研究了体心立方Ta的广义面错能及在Ⅱ型裂纹尖端初始塑性研究中的应用。首先介绍了Ta的晶体结构和相应的位错结构，然后从理论上推导了广义面错能的表达式，并通过计算得到了不同位错类型的广义面错能值。进一步地，研究了Ⅱ型裂纹尖端初始塑性的基本机制，并探讨了广义面错能在裂纹尖端萌生和扩展过程中的作用机理。最后，介绍了广义面错能的应用，从广义面错能的大小和裂纹尖端应力集中系数入手，研究了不同位错类型在裂纹尖端的行为，并通过计算分析了不同位错类型对Ⅱ型裂纹尖端初始塑性的影响。
关键词：体心立方Ta；广义面错能；Ⅱ型裂纹尖端；初始塑性；
Abstract:
Thispaperinvestigatesthegeneralizedplanarenergyofbody-centeredcubicTaanditsapplicationintheinitialplasticityoftypeIIcracktips.Firstly,thecrystalstructureandcorrespondingdislocationstructureofTaareintroduced,andthetheoreticalexpressionofthegeneralizedplanarenergyisderived,andthegeneralizedplanarenergyvaluesofdifferentdislocationtypesarecalculated.Furthermore,thebasicmechanismofinitialplasticityatthetypeIIcracktipisstudied,andthemechanismofgeneralizedplanarenergyintheprocessofcracktipinitiationandextensionisdiscussed.Finally,theapplicationofgeneralizedplanarenergyisintroduced.Startingfromthesizeofgeneralizedplanarenergyandstressconcentrationfactoratthecracktip,thebehaviorofdifferentdislocationtypesatthecracktipisstudied,andtheinfluenceofdifferentdislocationtypesontheinitialplasticityoftypeIIcracktipisanalyzedbycalculation.
Keywords:body-centeredcubicTa;generalizedplanarenergy;typeIIcracktip;initialplasticity;
正文：
Ⅰ、引言
作为一种重要的工程材料，Ta在航空航天、核工业、化工等领域得到了广泛的应用。在金属疲劳、应力腐蚀等方面，Ta的研究一直是材料科学中的热点之一。由于Ta的力学性能与位错结构密切相关，因此，在研究Ta的时候，探讨位错结构及其在材料性能中的作用变得至关重要。
裂纹扩展是一种常见的断裂现象，而Ⅱ型裂纹是最常见的裂纹类型之一。在裂纹扩展过程中，裂纹尖端往往是材料中最脆弱的部分，在承受载荷时产生高应力、高应变的集中。为了推断裂纹的扩展过程及破坏机理，人们常常需要研究裂纹尖端的应力场和位错结构等信息。在研究位错结构时，广义面错能作为一种位错行为的度量常常被用来研究材料的原子结构和塑性变形行为。
Ⅱ、Ta的位错结构及广义面错能
Ta的晶体结构为体心立方(BCC)，其晶体常数为3.30Å。Ta的最活跃的蠕变位错是100{011}位错，其运动方向为{011}，速率为0.0012左右。相邻的两个异面平行滑移面之间的位向为b=(a/2)(101)，其中a为Ta的晶体常数。在Ta晶体中，还存在着梨形位错、135°位错等其他位错类型。而广义面错能是体现材料位错结构的能量概念，在分析位错的行为、微观塑性变形等方面起到了重要的作用。假设一个晶体中存在一条位错线，它将穿过一个区域，使该区域造成弹性畸变，此时在位错线两侧引入粘滞体并给粘滞体施加微小位移，以达到能量平衡。此时引入的弹性形变称为格点形变，产生的弹性畸变能称为区域广义面错能。
Ⅲ、Ⅱ型裂纹尖端初始塑性的基本机制
Ⅱ型裂纹是最常见的裂纹类型之一，其裂纹前端位于主应力方向上，裂纹伸长时呈现出剪切破坏的特点，因此得名。在裂纹尖端，应力集中使得材料产生位错和相应弹性畸变，从而发生塑性变形。初期的塑性变形往往是由于位