Mikromechanikai folyamatok előrejelzése

Ispánovity Péter Dusán�Berta Dénes, Péterffy Gábor, Ugi Dávid, Groma István

ELTE TTK Budapest,�Anyagfizikai Tsz.

Kristályplaszticitás a mikoronos skálán

• Mikron méretű minták (mikrooszlopok)
• Méreteffektusok
• Nagy, véletlenszerű deformációs ugrások
• Megjósolhatatlan deformáció

D. M. Dimiduk et al., Science, 2006

2

Csikor et al., Science, 2007

Diszlokáció fogalma

Diszlokáció

• Ezek elmozdulása okozza a fémek maradandó alakváltozását
• Csak egy síkban mozoghatnak
• Nyírófeszültség hatására elmozdulnak
• Ha végighaladnak a kristályon az egy rácsállandónyi maradandó alakváltozást okoz

3

‘Nanotest’ in situ deformációs stage

• In situ deformáció a SEM vákuumkamrában
• Precízió
• xy: 0.5 μm
• z: 1 nm
• erő: 1 μN
• Maximum 10 μm elmozdulás z irányban
• Változtatható rugóállandó (jelenleg 1 mN/μm vagy 10 mN/μm)
• Mintavétel: 200 Hz

4

Akusztikus emisszió

• Hirtelen deformációs folyamatok (pl. repedés) rugallmas hullámokat hoznak létre
• Komplex szerkezetek minőségellenőrzése
• A jelek az ultrahang frekvenciatartományba esnek

​

5

In situ videó: deformáció + AE események

6

• Mikrooszlop: 8x8x24 μm³, bazális síkra orientált Zn

Korreláció a lavinák és az AE jelek között

7

• Korreláció a feszültségesések és az AE jelek között
• Számos AE esemény detektálható egy feszültségesés alatt
• Hosszútávú korrelációk az akusztikus jelekben

Gyakorlati relevancia

• AE mérések alapján tömbi anyagokban is információ nyerhető a lokális deformációs folyamatokról
• Különböző tulajdonságú AE jelek klasszifikációja
• Elméleti modellek kidolgozása

Ispánovity et al., Nature Communications, 2022

Célkitűzés:

• Az akusztikus adathalmazból milyen információ nyerhető ki a lokális deformáció vonatkozásában?
• A kis oszlopokon végzett méréseket használhatjuk tanulóhalmaznak
• Az eredmények alapján tömbi méretű mintákon végzett mérések kiértékelése

Szimulációk

Lineáris stabilitásanalízis

• Mozgásegyenlet:

​

​

• Egyensúlyi energia-�felület:

​

​

​

• Elmozdulás( ):

​

• Dinamikai mátrix:

​

​

​

​

​

​

​

​

​

[Derlet, Maass, PRE (2016)]

Lineáris stabilitásanalízis

• Din. mátrix:

​

• Sajátmódusok:

[Derlet, Maass, PRE (2016)]

• Amint egy sajátérték negatívvá válik → deformációs esemény

12

Sajátértékek változása időben

Diszlokációk átlagsebessége az idő függvényében

A legkisebb sajátértékek változása az idő függvényében

Lokális folyásfeszültségek

• Az aktivált módusok lokálisak
• Az aktiválások egy legygyengébb láncszem modell szerint történnek
• Lokális folyásfeszültség bevezetése

dinamikai szimulációk

gépi tanulás

Célkitűzés:

• A diszlokációk konfigurációjának ismeretében jósolható-e
• az első deformációs lavina helye,
• kiterjedése ill.
• az aktiválásához szükséges feszültség?

​