Моделирование дислокационного электропластического эффекта в монокристалле методом молекулярной динамики

Электропластический эффект – это снижение сопротивления металлических кристаллов деформированию под влиянием импульсного электрического тока высокой плотности. Применение данного эффекта позволяет проводить деформационную обработку относительно хрупких металлов без резкого повышения температуры, что уменьшает вероятность негативного влияния температуры на материал. В статье рассматривается влияние электропластического эффекта на изменение деформирующего усилия и динамику дислокаций для двумерной модели монокристалла, взаимодействие атомов в которой основано на методе молекулярной динамики при использовании потенциала Морзе. Предложена модель, реализующая электропластический эффект посредством увеличения общей кинетической энергии системы не равномерно по всему объему кристалла, а в зависимости от потенциальной энергии атомов. Считается, что в результате прохождения импульса электрического тока возрастает кинетическая энергия атомов пропорционально кубу их потенциальной энергии. Более высокую потенциальную энергию имеют атомы вблизи дефектов, поэтому температура будет повышаться в области дефектов сильнее, увеличивая их подвижность. Проведено моделирование движения дислокаций под воздействием сдвигающих напряжений и температуры с учетом влияния импульсов электрического тока на систему. Описаны зависимости предела текучести от температуры без учета электропластического эффекта, а затем – с его учетом. Построены графики зависимости кинетической энергии системы от частоты и мощности импульсов тока. Показано, что электропластический эффект резко снижает предел текучести кристалла, тем самым увеличивая температуру в системе. Это связано с тем, что, помимо общего разогрева, система подвергается локальному нагреву атомов вблизи дефектов, что облегчает движение последних.