Entwicklung einer Kontinuumsbeschreibung für die Versetzungsmobilität in Versetzungsnetzwerken

Eine physikalisch begründete dreidimensionale Kontinuumsformulierung der plastischen Verformung von Metallen benötigt neben einer kinematischen Beschreibung der Bewegung gekrümmter Versetzungslinien eine adäquate Homogenisierung der Versetzungswechselwirkungen. Insbesondere die Beschreibung von Versetzungsnetzwerken erfordert eine Verbindung der gleitsystemgebundenen Versetzungsbewegung mit der gleitsystemübergreifenden Ausprägung der Interaktion und Reaktion von Versetzungen. Basierend auf Beobachtungen in diskreten Versetzungsdynamiksimulationen wird ein Modell der Mobilität von Versetzungsnetzwerken entwickelt, dass neben der Versetzungsbewegung und Versetzungsinteraktion auch explizite Versetzungsreaktionen, sowie Quergleiten berücksichtigt. ... mehrNeben der Versetzungsmultiplikation haben die berücksichtigten Mechanismen auch eine Stabilisierung von Versetzungen zur Folge. Vereinfachte Beispiele zeigen, dass die Homogenisierung zugrundeliegender physikalischer Mechanismen zu einem Anstieg der Versetzungsdichte auf unbelasteten Gleitsystemen, sowie zu einer gleitsystemübergreifenden Limitierung der Versetzungsbewegung führt. Anhand von Vergleichen mit Ergebnissen diskreter Versetzungsdynamiksimulationen wird deutlich, dass das Modell im Gegensatz zu existierenden Formulierungen in der Lage ist die Mobilität von Versetzungsnetzwerken adäquat zu reproduzieren. Damit wird die Verfestigung als eine Folge der Evolution von Versetzungsnetzwerken erreicht, welche wiederum aus einem Zusammenspiel aus plastischer Scherung, Versetzungsmultiplikation und Limitierung von Versetzungsbewegung entsteht.

A physically motivated three-dimensional continuum theory of the plastic deformation of metals requires and an adequate homogenization of the dislocation interactions along with the description of the motion of curved dislocation lines. In particular for the description of dislocation networks a connection of the slip-system-based dislocation movement and the interaction and reaction of dislocations across slip systems is necessary. Based on observations in Discrete Dislocation Dynamics simulations, a model of the mobility of dislocation networks is developed, which in addition to dislocation motion and dislocation interaction explicitly considers dislocation reactions as well as cross-slip. ... mehrThe considered dislocation mechanisms result in dislocation multiplication and stabilization of dislocations. Simplified examples show that the homogenization of underlying physical mechanisms lead to an increase in dislocation density on unloaded slip systems, as well as to a limitation of dislocation mobility across slip systems. Comparisons with results of Discrete Dislocation Dynamics simulations show that the model is able to adequately reproduce the mobility of dislocation networks in contrast to existing formulations. As a result, strain hardening is achieved as a consequence of the evolution of dislocation networks, which in turn is based on an interplay of plastic shear, dislocation multiplication and limitation of dislocation motion.