金属钨中螺位错在剪切力下的动态行为分析

金属钨中的螺位错运动是材料科学领域的核心课题，尤其是在高强度、高精度的应用中，如高温合金和纳米技术。本文由田晓耕和Chungho Woo两位学者合作，他们基于西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室以及香港理工大学机械工程系的研究背景，采用Acland势（一种描述位错行为的有效模型）和分子动力学方法，对金属钨中1/2a<111>类型的螺位错在剪切力下的运动进行了深入探讨。 按照线弹性理论，位错在体心立方晶体中以位错线的形式存在，其运动受到晶体结构和外部应力的显著影响。研究者首先通过设定合适的边界条件，对含有螺位错的原子结构进行模拟，使得位错能够达到平衡状态。这个平衡态的位错核心展现出显著的对称性，由三个沿<112>方向排列在{110}平面上的皱褶组成。 当外加的剪切力逐渐增大，螺位错的核心开始运动。初始阶段，随着剪切力的增加，位错运动呈现出典型的“之”字形模式，这是由于位错核心在不同方向上的阻力不均造成的。然而，随着剪切力的进一步增大，位错的运动模式发生转变，主要沿着<112>方向以直线方式进行，显示出较高的定向性。同时，值得注意的是，与刃位错相比，螺位错开始运动所需的派纳力（衡量位错运动所需的最小应力）更大，这反映了螺位错的稳定性和移动难度。 这项研究不仅提供了关于金属钨中螺位错行为的微观见解，也为理解和控制材料的塑性变形，特别是在极端条件下，如高压或高温环境，提供了宝贵的理论依据。未来可能的应用包括优化材料设计，提高材料的强度和韧性，或者在纳米尺度上实现精细的材料加工。此外，分子动力学方法在这项工作中展示了强大的预测能力，有望为其他金属材料中位错行为的研究提供新的研究工具和技术路线。