Smykové nestability v idálních bcc krystalech při simulovaných tahových zkouškách

Shear instabilities in perfect bcc crystals during simulated tensile tests

journal article in Web of Science

en

This work demonstrates a simple but efficient way how to determine the existence of shear instabilities in ideal bcc crystals under uniaxial loading. The theoretical tensile strengths are derived from calculated values of the theoretical shear strength and their dependence on the superimposed normal stress. The presented procedure enables us to avoid complicated and time-consuming analyses of elastic stability of crystals. Results of first-principles simulations of coupled shear and tensile deformations for two most frequent slip systems ({110}<111> and {112}<111>) in six ideal cubic crystals are used to evaluate the uniaxial tensile strengths in three low-index crystallographic directions (<100>, <110>, and <111>) by assuming a shear instability in the weakest shear system. While instabilities occurring under <100> tension are mostly related to the shear in {112} plane, those occurring during loading in the other two directions are associated with {110} planes. The results are consistent with those predicted by available elastic analyses. The weakest tendency to fail by shear is predicted for uniaxial tension along <100>. This is consistent with occurrence of {100} cleavage planes in bcc metals.

Tato práce demonstruje jednoduchý, ale účinný způsob, jak určit existenci smykových nestabilit v ideálních bcc krystalech při jednoosém zatěžování. Teoretické pevnosti v tahu jsou odvozeny od vypočtených hodnot teoretické smykové pevnosti a jejich závislost na překrývá normálové napětí.Představila postup nám umožňuje vyhnout se složitým a časově náročné analýzy elastické stability krystalů. Výsledky z prvního principy simulace vázaných smyku a tahové deformace pro dva nejčastější skluzu systémů ({110} <111> a {112} <111>) v šesti ideální krychlových krystaly se používají k vyhodnocení jednoosé pevnosti v tahu ve třech low-index krystalografické směry (<100>, <110>, a <111>) tím, že převezme smyku nestabilitu v nejslabším smyku systému. Zatímco nestability vyskytující pod <100> napětí jsou většinou spojeny s smyku v {112} rovině, které se vyskytují v průběhu nakládky v dalších dvou směrech jsou spojeny s {110} rovinách. Výsledky jsou v souladu s těmi, které předpověděl dostupnými elastickými analýz.Nejslabší tendence k selhání smykem se předpokládá pro jednoosým tahem podél <100>. To je v souladu s výskytem {100} štěpné roviny v BCC kovů.

This work demonstrates a simple but efficient way how to determine the existence of shear instabilities in ideal bcc crystals under uniaxial loading. The theoretical tensile strengths are derived from calculated values of the theoretical shear strength and their dependence on the superimposed normal stress. The presented procedure enables us to avoid complicated and time-consuming analyses of elastic stability of crystals. Results of first-principles simulations of coupled shear and tensile deformations for two most frequent slip systems ({110}<111> and {112}<111>) in six ideal cubic crystals are used to evaluate the uniaxial tensile strengths in three low-index crystallographic directions (<100>, <110>, and <111>) by assuming a shear instability in the weakest shear system. While instabilities occurring under <100> tension are mostly related to the shear in {112} plane, those occurring during loading in the other two directions are associated with {110} planes. The results are consistent with those predicted by available elastic analyses. The weakest tendency to fail by shear is predicted for uniaxial tension along <100>. This is consistent with occurrence of {100} cleavage planes in bcc metals.

teoretická pevnost, jednoosé zatížení, smykové nestability, bcc krystaly, ab initio výpočty

theoretical strength, uniaxial loading, shear instabilities, bcc crystals, ab initio calculations

2013

29.01.2013

1098-0121

87

1

014117–014117

4