Динамика формирования мезоскопической структуры кристалла : На примере льда

• Автор: Шибков, Александр Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Тамбов
• Количество страниц: 384 с. : ил.

Часть I. Динамика формирования мезоструктуры деформируемого льда

1. Пространственно-временная неоднородность пластической деформации

1.1. Структурные уровни деформации

1.2. Подходы к описанию пространственно неоднородных дислокационных структур

1.3. Проблема комплексного исследования структурообразования

деформируемого кристалла

1.4. Скачкообразная пластическая деформация

1.4.1. Неустойчивая деформация на макроуровне

1.4.2. Неустойчивая деформация на мезоуровне

1.5. Динамика дислокационных скоплений

1.5.1. Теоретические модели

1.5.2. Основные экспериментальные данные по динамике полос скольжения
1.5.3. Сравнительный анализ экспериментальных методов исследования
динамики дислокационных скоплений
1.6. Заключение
2. Метод электромагнитной эмиссии
2.1. Эффект Степанова и динамика скоплений заряженных дислокаций
2.2. Теоретические основы метода ЭМЭ
2.3. Методика экспериментального исследования динамики скоплений
заряженных дислокаций
2.4. Экспериментальное тестирование метода ЭМЭ на монокристаллах ЩГК
2.5. Результаты тестирования. Информационное содержание
электромагнитных сигналов
2.6. Возможности метода ЭМЭ для исследования прерывистого течения металлов
2.7. Заключение
3. Исследование структурной мезодинамики при одноосном сжатии моно- и поликристаллического льда
3.1. Особенности методики
3.2. Идентификация распространяющихся полос скольжения и трещин в по электромагнитному сигналу
3.2.1. Кривые нагружения
3.2.2. Сигналы электромагнитной и акустической эмиссии
3.3. Анализ взаимосвязи электромагнитного сигнала с динамикой скоплений заряженных дислокаций во льде
3.3.1. Дислокации в гексагональной фазе льда
3.3.2. Динамическая поляризация льда дислокационным скоплением и трещиной
3.3.3. Сравнение форм электромагнитных сигналов с моделями эволюции дислокационных скоплений
3.4. «Альбом» ЭМЭ-отображений
3.5. Заключение
4. Динамика и статистика процессов структурной релаксации во льде
4.1. Прерывистое пластическое течение льда
4.2. Множественное разрушение
4.3. Динамика докритического разрушения поликристаллического льда
4.3.1. Электромагнитный сигнал-предвестник макроразрушения льда
4.3.2. Самоорганизующаяся критичность в сигнале-предвестнике и структура докритического разрушения
4.4. Заключение
Часть II. Динамика формирования мезоструктур неравновесного роста льда
1. Проблема неравновесного роста кристалла и сопутствующего электромагнитного излучения
1.1. Проблема свободной границы и морфогенез неравновесных структур
1.1.1. Дендритная кристаллизация. Модифицированная проблема Стефана
1.1.2. Проблема ветвления дендритных кристаллов
1.1.3. Глобальные морфологии неравновесного роста
1.2. Электромагнитные явления при неравновесной кристаллизации
1.2.1. Эффект Воркмана-Рейнольдса
1.2.2. Радиоизлучение при кристаллизации и разрушении диэлектриков
1.3. Заключение
2. Феноменология неравновесного роста льда. Морфологические диаграммы
2.1. Методика
2.1.1. Методика in situ исследования кинетики и морфологии растущего льда
2.1.2. Методы фрактального анализа изображений и временных рядов
2.2. Кинетические фазовые диаграммы фрактальных и евклидовых форм неравновесного роста льда Ih в переохлажденной воде
2.3. Диффузионный и кинетический режимы роста кристаллов льда

2.4. Феноменология неравновесных структур льда, растущего в кинетическом режиме кристаллизации
2.5. Заключение
3. Дендритный рост льда. Экспериментальное исследование механизмов ветвления
3.1. Тестирование механизма селективного усиления теплового шума
3.2. Тестирование осцилляторного механизма ветвления дендритов льда
3.2.1. Двухстадийный рост дендрита
3.2.2. Связь нестационарного роста вершины дендрита с динамикой
боковых ветвей
3.2.3. Роль анизотропии свойств межфазной границы в эмиссии боковых ветвей
3.3. Хаотическая динамика растущих дендритов льда
3.3.1. Хаотические осцилляции дендритной вершины. Анализ фазовых
портретов осцилляций
3.3.2. Спектры мощности осцилляций вершины дендрита и первых ветвей
3.3.3. Влияние роста боковых ветвей на нестационарную динамику вершины дендрита. Корреляционная схема дендритного роста
3.4. Заключение
4. Собственное электромагнитное излучение растущего льда
4.1. Методика
4.1.1. Методика измерения параметров собственного электромагнитного излучения при кристаллизации водного раствора
4.1.2. Комплект аппаратуры и оригинальная методика in situ исследования кинетики кристаллизации термическим, оптическим, акустическим и электромагнитным методами
4.2. Электромагнитная эмиссия при массовой трехмерной кристаллизации
4.3. Взаимосвязь электромагнитного сигнала со структурными особенностями растущего льда
4.3.1. «Альбом» ЭМЭ-отображений
4.3.2. Статистические и автокорреляционные характеристики сигнала ЭМЭ при массовой кристаллизации
4.4. Экспериментальное исследование взаимосвязи электромагнитной эмиссии с эффектом Воркмана-Рейнольдса
4.5. Электромагнитная и акустическая эмиссия при спонтанной кристаллизации сильно переохлажденной капли воды
4.6. Механизм генерирования сигнала ЭМЭ при росте льда
что при и ~ тт и постоянной скорости изменения внешнего напряжения Г = const число дислокаций и~/"'+| и Д ~tm* В [281] сделана попытка учесть то обстоятельство, что в реальных кристаллах дислокации зарождаются в областях с высокой локальной концентрацией напряжений, дополнительным членом rs ~ тЛг0 /х, где Л - фактор концентрации, а гй - радиус источника. Однако, несмотря на все эти уточнения, модель делает заметным завышение скорости головной дислокации над экспериментально наблюдаемой в методике двойного травления. Авторы [92] видят причину этого в недостаточной корректности исходного уравнения движения, в котором левая часть отвечает мгновенной скорости, а правая - средней, взятой из эксперимента. Для устранения этого противоречия в [281] принимается, что цуг дислокаций движется через систему дискретных препятствий, на которых они некоторое время задерживаются, а между ними движутся мгновенно, что соответствует обычной схеме термоактивациониого движения дислокаций через случайную сетку препятствий [285].
Динамика двумерного скопления, состоящего из концентрических (на больших расстояниях от источника) петель, генерируемых источником Франка-Рида, подробно рассмотрена в [106, 107] для предсказания формы акустического сигнала. Скопление формировалось в результате торможения стопорами первой петли на некотором препятствии в момент испускания источником п-й петли. Обратное напряжение, действующее на источник со стороны скапливающихся петель, в конце концов запрет его, и процесс формирования скопления закончится. Численно рассчитывались следующие величины: период испускания петель, динамика заметаемой площади S(t), скорость пластической
деформации e(t) и форма звукового импульса, амплитуда которого пропорциональна 5(0.
При континуальном описании ПС рассматривается как плоское скопление дислокаций, распределенных с непрерывной плотностью J3(x,t) [105, 110]. Система уравнений, включающая уравнения движения и непрерывности, требование конечности напряжений при заданных граничных условиях: внешнем напряжении и силах неупругого происхождения - позволяет определить функции Д(х,0, о,,(х,0 и ДО. В работах Розенфельда [271-273], Хида [274-279], Бойко [110] и Косевича [105] обсуждались различные случаи кинетики дислокационных скоплений, в частности, ситуации, допускающие автомодельные решения, которые, в основном, совпадают с результатами дискретного описания. В [105] подробно рассматривалась динамика тонкого двойника.