УДК 539.371, 004.942

 

The paper studies the redistribution of internal stresses and atomic displacements in a preloaded copper crystallite using the molecular dynamics method. It is shown that relaxation within the crystallite volume is accompanied by the formation of dynamic structures in which atomic displacements produce a coherent system of vortex lines. In so doing, the displacement of atoms in neighboring vortex structures has the opposite sign of the angular velocities. The evolution of the dynamic vortex structures is analyzed using an original technique for identifying the vortex motion in the space of a vector variable with a discrete step. It is shown that a system of dynamic vortices and antivortices can propagate inside the crystallite, ensuring the transfer of stresses from the bulk of the loaded material to its unloaded periphery in order to preserve continuity. The developed technique has revealed that the lifetime of such defects depends on their size and ranges from fractions to tens of picoseconds. The simulation results correlate well with the experimental electron microscopy data on the estimation of spatial parameters and lattice curvature during strain localization in the region of elastic distortions.

Keywords: vortex motion, dynamic defects, molecular dynamics, vortex visualization, stress redistribution

DOI 10.24411/1683-805X-2018-13006

 

Идентификация и пространственно-временная эволюция вихреподобного движения атомов в нагруженном твердом теле

В работе исследуются процессы перераспределения внутренних напряжений и атомных смещений в предварительно нагруженном кристалле меди. Исследования проведены с использованием метода молекулярной динамики. Показано, что на стадии релаксации в объеме кристаллита возможно формирование динамических структур, в которых атомные смещения образуют согласованную систему вихревых линий. При этом перемещение атомов в соседних вихревых структурах имеет противоположное значение угловых скоростей. Для анализа эволюции динамических вихревых структур разработана оригинальная методика идентификации вихревого движения в пространстве векторной переменной с дискретным шагом. Показано, что система динамических "вихрей" и "антивихрей" может перемещаться в объеме кристаллита, обеспечивая тем самым перенос напряжений из объема нагруженного материала к его ненагруженной периферии для сохранения сплошности. С использованием разработанной методики установлено, что время существования таких дефектов зависит от их размеров и составляет от отдельных долей до десятка пикосекунд. Результаты моделирования хорошо коррелируют с экспериментальными данными электронной микроскопии по оценке пространственных параметров и кривизны кристаллической решетки при локализации деформации в области упругих дисторсий.

Ключевые слова: вихревое движение, динамические дефекты, молекулярная динамика, визуализация вихрей, перераспределение напряжений

 

 

 

 

A.I. Dmitriev, A.Yu. Nikonov, A.E. Filippov, V.L. Popov  Identification and space-time evolution of vortex-like motion of atoms in a loaded solid // Физ. мезомех. - 2018. - Т. 21. - № 3. - С. 48-58