Конечно-элементное моделирование пониженной упругости границ зерен в нанокристаллических металлах

Нанокристаллические металлы состоят из двух различных фаз: кристаллической фазы, а именно зерен, и межкристаллической фазы, которая включает границы зерен, тройные соединения и четверные узлы. Ослабление упругости в межкристаллитной фазе нанокристаллических металлов, особенно на границах зерен, приводит к снижению общего модуля упругости. Следовательно, изучение упругих свойств и расчет упругости границ зерен имеет решающее значение для понимания нанокристаллических металлов. Целью данного исследования является моделирование упругости границ зерен в нанокристаллических металлах и ее расчет. Для этого рассмотрено пять образцов металла с различной кристаллической структурой. Для каждого образца моделируются три представительных объемных элемента с различными размерами зерен и постоянной толщиной границ зерен. Предполагается, что кристаллическая фаза упругая с кубической симметрией, в то время как границы зерен являются упругоизотропными. Затем с помощью конечно-элементного анализа моделируется одноосное растяжение для расчета модуля Юнга объемного элемента. В результате этого получается коэффициент ослабления границ зерен. Чтобы проверить достоверность этого коэффициента, модуль Юнга моделируемого представительного объемного элемента сравнивается с модулем Юнга, полученным моделированием на основе молекулярной динамики и в экспериментах, описанных в литературе.