Дисертації з теми "Densités des dislocations"
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Valdenaire, Pierre-Louis. "Plasticité cristalline : Equations de transport et densités de dislocations." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016PSLEM002/document.
Анотація:
Le comportement mécanique des alliages métalliques industriels, notamment ceux utilisés dans le domaine de l’aéronautique, est contrôlé par la présence de différents types de précipités et par la nucléation et propagation de défauts cristallins tels que les dislocations. La compréhension du comportement de ces matériaux nécessite des modèles continus afin d’accéder à l’échelle macroscopique. Cependant, même aujourd’hui, les théories conventionnelles de la plasticité utilisent des variables mésoscopique et des équations d’évolution qui ne reposent pas sur la notion de transport de dislocations. En conséquence, ces théories sont basées sur des lois phénoménologiques qu’il est nécessaire de calibrer pour chaque matériau et chaque application. Il est donc souhaitable d’établir le lien entre les échelles micro et macro afin de générer une théorie continue de la plasticité déduite analytiquement des équations fondamentales de la dynamique des dislocations. L’objet de cette thèse est précisément de contribuer à l’élaboration d’une telle théorie. La première étape a consisté à établir rigoureusement la procédure de changement d’échelle dans une situation simplifiée. Nous avons alors abouti à un système d’équations de transport hyperboliques sur des densités de dislocations contrôlées par des contraintes locales de friction et de backstress qui émergent du changement d’échelle. Nous avons ensuite développé une procédure numérique pour calculer ces termes et analyser leur comportement. Finalement, nous avons développé un schéma numérique efficace pour intégrer les équations de transport ainsi qu’un schéma spectral multi-grille pour résoudre l’équilibre élastique associé à un champ de déformation propre quelconque dans un milieu élastiquement anisotrope et inhomogèneThe mechanical behavior of industrial metallic alloys, in particular those used in the aerospace industry, is controlled by the existence of several types of precipitates and by the nucleation and propagation of crystalline defects such as dis- locations. The understanding of this behavior requires continuous models to access the macroscopic scale. However, even today, conventional plasticity theories use mesoscopic variables and evolution equations that are not based on the transport of dislocations. Therefore, these theories are based on phenomenological laws that must be calibrated for each material, or, for each specific applications. It is therefore highly desirable to make link between the micro and macro scales, in order to derive a continuous theory of plasticity from the fundamental equations of the dislocation dynamics. The aim of this thesis is precisely to contribute the elaboration of such a theory. The first step has consisted to rigorously establish a coarse graining procedure in a simplified situation. We have then obtained a set of hyperbolic transport equations on dislocation densities, controlled by a local friction stress and a local back-stress that emerge from the scale change. We have then developed a numerical procedure to compute these local terms and analyze their behavior. Finally, we have developed an efficient numerical scheme to integrate the transport equations as well as a multigrid spectral scheme to solve elastic equilibrium associated to an arbitrary eigenstrain in an elastically heterogeneous and anisotropic medium
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El, Hajj Ahmad. "Analyse théorique et numérique de la dynamique des densités de dislocations." Marne-la-Vallée, 2007. http://www.theses.fr/2007MARN0373.
Анотація:
Ce travail porte, pour l'essentiel, sur l'analyse théorique et numérique de la dynamique de densités de dislocations. Les dislocations sont des défauts qui se déplacent dans les cristaux, lorsque ceux-ci sont soumis à des contraintes extérieures. D'une façon générale, la dynamique de densités de dislocations est décrite par un système d'équations de transports où les champs de vitesse dépendent de manière non-locale des densités de dislocations. Dans une première partie, nous nous plaçons dans un cadre unidimensionnel. Nous démontrons pour un système 2 x 2 simplifié, des résultats d'existence globale et d'unicité de solution ainsi qu'une estimation d'erreur entre la solution continue et son approximation numérique en utilisant un schéma aux différences finies. Puis, en mettant en œuvre une méthode d'estimation de l'entropie du gradient, développée à la base pour résoudre un modèle bidimensionnel, nous démontrons un résultat d'existence globale et quelques résultats d'unicité pour des systèmes hyperboliques diagonisables en dimension 1. Dans une seconde partie nous nous intéressons à un cadre plus général de la dynamique de densités de dislocations où nous étudions un modèle bidimensionnel. Ce modèle a été introduit par Groma et Balogh (69). Nous démontrons dans ce cadre un résultat d'existence globale via une estimation sur l'entropie du gradient des solutions. Des simulations numériques de ce modèle sont présentées
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Oussaily, Aya. "Étude théorique et numérique des systèmes modélisant la dynamique des densités des dislocations." Thesis, Compiègne, 2021. https://bibliotheque.utc.fr/Default/doc/SYRACUSE/2021COMP2634.
Анотація:
Dans cette thèse, nous nous intéressons à l’analyse théorique et numérique de la dynamique des densités des dislocations. Les dislocations sont des défauts linéaires qui se déplacent dans les cristaux lorsque ceux-ci sont soumis à des contraintes extérieures. D’une manière générale, la dynamique des densités des dislocations est décrite par un système d’équations de transport, où les champs de vitesse dépendent de manière non-locale des densités des dislocations. Au départ, notre travail se focalise sur l’étude d’un système unidimensionnel (2 × 2) de type Hamilton-Jacobi dérivé d’un système bidimensionnel proposé par Groma et Balogh en 1999. Pour ce modèle, nous montrons un résultat d’existence globale et d’unicité. En addition, nous nous intéressons à l’étude numérique de ce problème, complété par des conditions initiales croissantes, en proposant un schéma aux différences finies implicite dont on prouve la convergence. Ensuite, en s’inspirant du travail effectué pour la résolution de la dynamique des densités des dislocations, nous mettons en œuvre une théorie plus générale permettant d’obtenir un résultat similaire d’existence et d’unicité d’une solution dans le cas des systèmes de type eikonal unidimensionnels. En considérant des conditions initiales croissantes, nous faisons une étude numérique pour ce système. Sous certaines conditions de monotonies sur la vitesse, nous proposons un schéma aux différences finies implicite permettant de calculer la solution discrète et simuler ainsi la dynamique des dislocations à travers ce modèleIn this thesis, we are interested in the theoretical and numerical studies of dislocations densities. Dislocations are linear defects that move in crystals when those are subjected to exterior stress. More generally, the dynamics of dislocations densities are described by a system of transport equations where the velocity field depends non locally on the dislocations densities. First, we are interested in the study of a one dimensional submodel of a (2 × 2) Hamilton-Jacobi system introduced by Groma and Balogh in 1999, proposed in the two dimensional case. For this system, we prove global existence and uniqueness results. Adding to that, considering nondecreasing initial data, we study this problem numerically by proposing a finite difference implicit scheme for which we show the convergence. Then, inspired by the first work, we show a more general theory which allows us to get similar results of existence and uniqueness of solution in the case of one dimensional eikonal systems. By considering nondecreasing initial data, we study this problem numerically. Under certain conditions on the velocity, we propose a finite difference implicit scheme allowing us to calculate the discrete solution and simulate then the dislocations dynamics via this model
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Ibrahim, Hassan. "Analyse de systèmes parabolique/Hamilton-Jacobi modélisant la dynamique de densités de dislocations en domaine borné." Phd thesis, Ecole des Ponts ParisTech, 2008. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00004186.
Анотація:
Cette thèse porte sur l'étude théorique d'un modèle mathématique provenant de l'étude de la dynamique de densités, de dislocations dans les cristaux de petite taille. Cette dynamique est modélisée par un système non linéaire couplé parabolique/Hamilton-Jacobi. Les dislocations sont des lignes de défauts qui se déplacent dans les cristaux lorsque ceux-ci sont soumis à des contraintes extérieures. De façon indépendante, tout à la fin de la thèse, nous présentons une méthode numérique pour le transport de fronts. Dans le coeur de la thèse, trois types d'équations sont considérées : équations de Hamilton-Jacobi non linéaires, lois de conservation scalaires, et équations paraboliques singulières. Nous traitons un système parabolique/Hamilton-Jacobi singulier où la singularité apparaît par la présence de l'inverse du gradian. Notre système prend en considération l'effet à courte distance entre dislocations ainsi que la formation des couches limites. Nous étudions l'existence, l'unicité et la régularité des solutions du système. cette étude repose en grande partie sur la théorie des solutions de viscosité ; des solutions entropiques et des solutions classiques. Deux cas principaux sont considérés : le cas où les contraintes extérieures sont nulles, et le cas où elles sont constantes (non nécessairement nulles).
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Nguyen, Can Ngon. "Modélisation du comportement en plasticité et à rupture des aciers bainitiques irradiés." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00469582.
Анотація:
Les aciers faiblement alliés sont utilisés dans les réacteurs nucléaires pour la réalisation de différents équipements. Soumis à une irradiation neutronique induite par le fonctionnement du réacteur, ces matériaux présentent des évolutions notables de leur microstructure, avec en particulier l'apparition de défauts d'irradiation comme des boucles interstitielles, des amas lacunaires et des précipités, qui conduisent à un durcissement et une fragilisation en relation directe avec la dose reçue et le flux neutronique. Le comportement en plasticité hors irradiation des aciers bainitiques faiblement alliés a fait l'objet de plusieurs modélisations élaborées à partir d'observations expérimentales et de modélisations à l'échelle atomique. Plusieurs thèses ont été supportées par EDF et le CEA dans le passé. Ce travail se place dans leur prolongement, et adopte une démarche classique, en utilisant des éléments expérimentaux connus, mais il se place de façon déterminée à l'échelle de la microstructure, et cherche à intégrer un maximum d'informations de métallurgie physique. C'est dans cet esprit que sont introduites des microstructures réalistes en termes de morphologie et d'orientation cristalline, et qu'on adopte un modèle de plasticité cristalline en grandes déformations basé sur les densités de dislocations. Ce choix permet de prendre en compte dans les lois de plasticité les interactions entre dislocations et défauts d'irradiations pour des conditions de chargements sévères. Ces lois sont introduites dans le code de calcul par éléments finis ZéBuLoN afin de réaliser des calculs d'agrégats polycristallins aux propriétés représentatives d'un élément de volume macroscopique. Les résultats obtenus sur un tel agrégat sont donc considérés comme une donnée élémentaire dans la manipulation des modèles de rupture fragile sur des structures. La nouvelle approche développée a un statut d'approche locale micromécanique".
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Goncalves, Diogo. "Modélisation polycristalline du comportement élasto-viscoplastique des aciers inoxydables austénitiques 316L(N) sur une large gamme de chargements : application à l'étude du comportement cyclique à température élevée." Thesis, Sorbonne université, 2018. http://www.theses.fr/2018SORUS089/document.
Анотація:
L’acier 316L(N) est le matériau de référence pour les structures du circuit primaire des réacteurs nucléaires de quatrième génération, en raison de leur résistance mécanique à la température de fonctionnement, de l’ordre de 550°C. La thèse a permis de développer un modèle polycristallin, capable de prédire le comportement de ces aciers, basé sur la description du glissement viscoplastique des dislocation à haute température, de mise en œuvre simple et avec l’identification d’un nombre de paramètres matériau limité. La démarche de modélisation a été progressive. Lors de la première étape, nous avons proposé et validé une loi d'homogénéisation élasto-viscoplastique à champs moyens, grâce à de nombreux calculs par éléments finis, en considérant des durcissements plastique et des viscosités cristallines. Ensuite, un modèle de viscoplasticité cristalline, reposant sur les lois d’évolution des densités de différents types de dislocations, a été implémenté et les prédictions ont été validés en considérant un très grand nombre de résultats expérimentaux à faible. Le modèle a ensuite été enrichi afin de prendre en compte les mécanismes physiques supplémentaires observés à température élevée, comme la montée des dislocations, le vieillissement dynamique et l’apparition d’une structure de dislocation très hétérogène. Le modèle proposé nécessite uniquement l’ajustement de trois paramètres par identification inverse, utilisant seulement des essais de traction monotone avec saut de vitesse. Les prédictions du comportement mécanique en chargement uniaxial et cyclique sont également en bon accord avec les mesures expérimentales aux températures élevéesThe 316L(N) stainless steels is the reference material for the primary circuit structures of fourth-generation nuclear reactors. This alloy present high mechanical resistance at the operation temperature range of these reactors, of the order of 550 °C. This PhD allowed to develop a polycrystalline model based on the description of the viscoplastic dislocation slip at high temperatures, with straightforward implementation and with identification of a limited number of material parameters. The modeling process was progressive. In a first step, we proposed and validated a mean-field elastic-viscoplastic homogenization law, in comparison to numerous finite element calculations, considering crystalline plastic hardening and crystalline viscosity. Then, a model of crystalline viscoplasticity, based on the evolution laws of the different dislocations densities was implemented and the predictions were validated considering a very large number of experimental results at low temperature. The model was then enhanced to take into account the additional physical mechanisms observed at high temperature, such as dislocation climb, dynamic strain aging and the appearance of a very heterogeneous dislocation structure. The proposed model requires the adjustment of only three parameters by inverse identification, using only monotonic tensile tests at different strain rates. The mechanical behavior predictions in uniaxial and cyclic loading are also in good agreement with experimental measurements at high temperature
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Kluender, Rafael. "Mesures en trois dimensions des distorsions cristallines par imagerie en diffraction de Bragg : application aux cristaux de glace." Phd thesis, Université de Grenoble, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00635598.
Анотація:
La déformation visco-plastique de la glace est fortement anisotrope, le plan de glissement préferé étant la plan de base. Le fait que dans un polycristal chaque grain possède sa propre direction de déformation produit des incompatibilités et un champ de contrainte complexe. La déformation à été étudiée expérimentellement en mésurant la dis- tortion des plans cristallins de mono- et polycristaux de glace artificielle. Les expériences ont été réalisées à l'aide d'un faisceau synchrotron. Une nouvelle procédure éxperimental, basée sur les méthodes de l'imagerie en diffraction de Bragg, comme lumière blanche, im- agerie sur la courbe de diffraction et topographie laminaire et ponctuelle, a été dévéloppée. Les désorientations angulaires, les largeurs à mi-hauteur et les intensités intégrées ont été mésurées dans les trois dimensions spatiales de l'échantillon et avec une résolution de 50× 50 × 50µm3. Les algorithmes d'analyse de données ont été écrits pour extraire des données des résultats quantitatifs, et pour calculer les neuf composantes du tenseur de courbure ainsi que la distortion entière des plans cristallins. Les résultats ont permis d'observer les premières étappes de la déformation de la glace. Par example la polygonisation d'un grain à été observée.
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Sandfeld, Stefan. "Evolution of dislocation density in a higher-order continuum theory of dislocation plasticity." Thesis, University of Edinburgh, 2010. http://hdl.handle.net/1842/11367.
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Kerisit, Christophe. "Analyse des mécanismes de recristallisation statique du tantale déformé à froid pour une modélisation en champ moyen." Phd thesis, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2012. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00873188.
Анотація:
L'objectif de ce travail est de prédire les évolutions microstructurales se produisant dans le tantale pur lors d'un traitement thermique en fonction de son état microstructural initial. La restauration, la recristallisation et la croissance de grains sont décrites à l'aide d'un modèle en champ moyen qui nécessite une description adéquate de la microstructure, en termes de distributions de tailles de grains et de densités de dislocations équivalentes. La densité de dislocation équivalente moyenne peut être évaluée par une simple mesure de dureté Vickers. L'établissement de la relation dureté-densité de dislocations nécessite l'utilisation d'une loi de comportement basée sur la densité de dislocations équivalente. Les évolutions microstructurales au cours d'un traitement thermique ont été observées et les paramètres pilotant ces phénomènes ont été identifiés à l'aide d'essais originaux comme l'observation in situ de la recristallisation ou l'utilisation d'essais à gradient de déformation pour déterminer le seuil de densité de dislocations équivalente pour déclencher la recristallisation. Des essais plus classiques ont permis d'obtenir des cinétiques de recristallisation dans la gamme 1000°C-1100°C pour différentes microstructures initiales. Les simulations des différents traitements thermiques à l'aide du modèle à champ moyen rendent bien compte des évolutions microstructurales en termes de fraction recristallisée et de taille des grains recristallisés pour des microstructures faiblement déformées ou fortement déformées et fragmentées, en utilisant une description adéquate du type de microstructure initiale. Le modèle devra en revanche être adapté pour traiter le cas de microstructures intermédiaires, en enrichissant non seulement la description de la microstructure initiale mais également celle de l'étape de germination des grains recristallisés. Il deviendra alors capable de prédire les évolutions de microstructures pour tout type de microstructure initiale de tantale.
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Arsenlis, Athanasios 1975. "Modeling dislocation density evolution in continuum crystal plasticity." Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 2001. http://hdl.handle.net/1721.1/36679.
Анотація:
Thesis (Ph.D.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Mechanical Engineering, 2001.Includes bibliographical references (p. 221-229).
Dislocations are the singly most important material defects in crystal plasticity, and although dislocation mechanics has long been understood as the underlying physical basis for continuum crystal plasticity formulations, explicit consideration of crystallo- graphic dislocation mechanics has been largely absent in working constitutive models. In light of recent theoretical developments in dislocation dynamics, and the introduc- tion of geometrically necessary dislocation (GND) density in continuum formulations through plastic strain gradients, a single crystal plasticity model based on dislocation density state variables is developed. The density state variables evolve from initial conditions according to equations based on fundamental concepts in dislocation me- chanics such as the conservation of Burgers vector in multiplication and annihilation processes. Along with those processes that account for bulk statistical dislocation evolution, the evolving polarity due to dislocation species flux divergences may be in- cluded to detail the length-scale dependence of mechanical properties on the micron level. The full dislocation density description of plasticity allows a simple evaluation of the role of GND density in non-homogeneously deforming bodies. A local version of the constitutive model, which captures the bulk processes of dislocation multiplication and annihilation during plastic deformation, is implemented within a finite element framework to investigate the poly-slip behavior of aluminum single crystals under tension.
(cont.) A non-local version of the constitutive model using an idealized planar double slip system geometry is implemented within a finite element framework to investigate the length-scale dependence observed in the bending of thin single crystal beams. The results not only capture the mechanical stress/strain response of the material, but also detail the development of underlying dislocation structure responsible_ fr: the plistic behavior of the crystal.
by Athanasios Arsenlis.
Ph.D.
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Sandfeld, Stefan [Verfasser]. "The Evolution of Dislocation Density in a Higher-order Continuum Theory of Dislocation Plasticity / Stefan Sandfeld." Aachen : Shaker, 2011. http://d-nb.info/1084535742/34.
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Qin, Hao. "Multiresolution Continuum Theory and Dislocation Density Based Constitutive Relations." Doctoral thesis, Luleå tekniska universitet, Material- och solidmekanik, 2016. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:ltu:diva-18468.
Анотація:
In classical description, the mechanical state of a material point depends on the variables defined at this point solely. It can integrate and catch some aspects of the material’s microstructure by conventional homogenization method. The application of the conventional continuum assumption results in a simplified description of the system which makes the large scale simulation of the material more efficient but at the expense of a loss of information at small length scales. Localization is a phenomena where a large degree of deformation occurs in highly concentrated regions. The conventional continuum theory with strain softening can not give the convergent solution as the size of the localization zone is completely determined by the mesh discretization. The multiresolution continuum theory (MRCT) is a higher order continuum theory where additional kinematic variables supplementing the conventional macroscopic displacement field are added to account for deformations at several distinct length scales. The direct inclusion of the length scale parameters in the material’s constitutive equations remedies the convergence problem. In crystalline materials the initiation of plastic flow and subsequent permanent plastic deformation is attributed to the presence and movement of dislocations and also the interactions between the dislocation themselves and different kinds of obstacles, inclusions, second phase particles and grain boundaries etc. Some of these defects can alsolead to damage initiation in the materials. For example, the stresses developed at the dislocation pile-ups contribute to the initiation of the microvoids and microcracks. A dislocation density based damage model has been developed and combined with a physically based flow stress model. They are calibrated and validated for 316L stainless steel at different temperatures and strain rates. These models have been implemented into the macroscopic material description of the MRCT element.Godkänd; 2016; 20160215 (haoqin); Nedanstående person kommer att disputera för avläggande av teknologie doktorsexamen. Namn: Hao Qin Ämne: Materialmekanik/Material Mechanics Avhandling: Multiresolution Continuum Theory and Dislocation Density Based Constitutive Relations Opponent: Professor emeritus Kenneth Runesson, Avd för material- och beräkningsmekanik, Institutionen för tillämpad mekanik, Chalmers tekniska högskola, Göteborg. Ordförande: Professor Lars-Erik Lindgren, Avd för material- och solidmekanik, Institutionen för teknikvetenskap och matematik, Luleå tekniska universitet, Luleå. Tid: Måndag 25 april, 2016 kl 09.30 Plats: E246, Luleå tekniska universitet
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Vogl, Michelle (Michelle Lynn). "Dislocation density reduction in multicrystalline silicon through cyclic annealing." Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 2011. http://hdl.handle.net/1721.1/68956.
Анотація:
Thesis (S.M.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Mechanical Engineering, 2011.Cataloged from PDF version of thesis.
Includes bibliographical references (p. 77-78).
Multicrystalline silicon solar cells are an important renewable energy technology that have the potential to provide the world with much of its energy. While they are relatively inexpensive, their efficiency is limited by material defects, and in particular by dislocations. Reducing dislocation densities in multicrystalline silicon solar cells could greatly increase their efficiency while only marginally increasing their manufacturing cost, making solar energy much more affordable. Previous studies have shown that applying stress during high temperature annealing can reduce dislocation densities in multicrystalline silicon. One way to apply stress to blocks of silicon is through cyclic annealing. In this work, small blocks of multicrystalline silicon were subjected to thermal cycling at high temperatures. The stress levels induced by the thermal cycling were modeled using finite element analysis (FEA) on Abaqus CAE and compared to the dislocation density reductions observed in the lab. As too low of stress will have no effect on dislocation density reduction and too high of stress will cause dislocations to multiply, it is important to find the proper intermediate stress level for dislocation density reduction. By comparing the dislocation density reductions observed in the lab to the stress levels predicted by the FEA modeling, this intermediate stress level is determined.
by Michelle Vogl.
S.M.
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Friedbaum, Samuel Searle. "Studies of Dislocation Density Quantification Via Cross-Correlation EBSD." BYU ScholarsArchive, 2019. https://scholarsarchive.byu.edu/etd/8115.
Анотація:
One conventional method for studying dislocations uses the Transmission Electron Microscope (TEM), a complex and expensive piece of equipment which requires extensive specimen preparation in order to thin the specimens to electron transparent thickness. Newer High Resolution Electron Backscatter Diffraction (HREBSD) methods of determining geometrically necessary dislocation content via cross-correlation promise to be able to produce estimates of the dislocation density of the sample over a larger area with considerably less preparation time and using a much more accessible instrument. However, the accuracy of the new EBSD technique needs more experimental verification, including consideration of possible changes in the specimen dislocation density due to the different preparation methods. By comparing EBSD and TEM dislocation measurements of Electron Transparent platinum specimens prepared using the Focused Ion Beam (FIB), along with EBSD dislocations measurements of specimens prepared by both FIB and mechanical polishing techniques, this paper seeks to verify the accuracy of the new method and identify any changes in the specimens’ apparent dislocation density caused by the different preparation processes.
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Xie, Jinqiao. "Low Dislocation Density Gallium Nitride Templates and Their Device Applications." VCU Scholars Compass, 2007. http://scholarscompass.vcu.edu/etd/1286.
Анотація:
The unique properties, such as large direct bandgap, excellent thermal stability, high μH × ns, of III-nitrides make them ideal candidates for both optoelectronic and high-speed electronic devices. In the past decades, great success has been achieved in commercialization of GaN based light emitting diodes (LEDs) and laser diodes (LDs). However, due to the lack of native substrates, thin films grown on sapphire or SiC substrates have high defect densities that degrade the device performance and reliability. Conventional epitaxy lateral overgrowth (ELO) can reduce dislocation densities down to ∼10-6 cm-2 in the lateral growth area, but requires ex situ photolithography steps. Hence, an in situ method using a SiNx interlayer (nano-scale ELOG) has emerged as a promising technique. The GaN templates prepared by this method exhibit a very low dislocation density (low-10-7 cm-2) and excellent optical and electrical properties. As a cost, such high quality GaN templates containing SiN, nanonetworks are not suitable for heterojunction field effect transistor (HFET) applications due to degenerate GaN:Si layer which serves as parallel conduction channel. This dissertation discusses the growth of low dislocation density GaN templates, by using the in situ SiNx nanonetwork for conductive templates, and the AIN buffer for semi-insulating templates. On SiN x nanonetwork templates, double-barrier RTD and superlattice (SL) exhibited negative differential resistances. Moreover, the injection current of Blue LEDs (450 nm) was improved ∼30%. On semi-insulating GaN templates, nearly lattice matched AlInN/AIN/GaN HFETs were successfully demonstrated and exhibited ∼ 1600 cm2/Vs and 17 600 cm2/Vs Hall mobilities at 300 K and 10 K, respectively. Those mobility values are much higher than literature reports and indicate that high quality HFETs can be realized in lattice matched AlInN/AIN/GaN, thereby solving the strain related issue. The attempt to use InGaN as the 2DEG channel has also been successfully implemented. A Hall mobility (1230 cm2/Vs) was achieved in a 12 nm InGaN channel HFET with AlInGaN barrier, which demonstrates the viability of InGaN channel HFETs.
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Pal, Deepankar. "Dislocation Density-Based Finite Element Method Modeling of Ultrasonic Consolidation." DigitalCommons@USU, 2011. https://digitalcommons.usu.edu/etd/1011.
Анотація:
A dislocation density-based constitutive model has been developed and implemented into a crystal plasticity quasi-static finite element framework. This approach captures the statistical evolution of dislocation structures and grain fragmentation at the bonding interface when sufficient boundary conditions pertaining to the Ultrasonic Consolidation (UC) process are prescribed.
The hardening is incorporated using statistically stored and geometrically necessary dislocation densities (SSDs and GNDs), which are dislocation analogs of isotropic and kinematic hardening, respectively. Since the macroscopic global boundary conditions during UC involves cyclic sinosuidal simple shear loading along with constant normal pressure, the cross slip mechanism has been included in the evolution equation for SSDs. The inclusion of cross slip promotes slip irreversibility, dislocation storage, and hence, cyclic hardening during the UC. The GND considers strain-gradient and thus renders the model size-dependent. The model is calibrated using experimental data from published refereed literature for simple shear deformation of single crystalline pure aluminum alloy and uniaxial tension of polycrystalline Aluminum 3003-H18 alloy.
The model also incorporates various local and global effects such as (1) friction, (2) thermal softening, (3) acoustic softening, (4) surface texture of the sonotrode and initial mating surfaces, and (6) presence of oxide-scale at the mating surfaces, which further contribute significantly specifically to the grain substructure evolution at the interface and to the anisotropic bulk deformation away from the interface during UC in general. The model results have been predicted for Al-3003 alloy undergoing UC. A good agreement between the experimental and simulated results has been observed for the evolution of linear weld density and anisotropic global strengths macroscopically. Similarly, microscopic observations such as embrittlement due to grain substructure evolution at the UC interface have been also demonstrated by the simulation.
In conclusion, the model was able to predict the effects of macroscopic global boundary conditions on bond quality. It has been found that the normal pressure enhances good bonding characteristics at the interface, though beyond a certain magnitude enhances dynamic failure. Similarly, lower oscillation amplitudes result in a lower rate of gap closure, whereas higher oscillation amplitude results in an enhanced rate of gap relaxation at the interface. Henceforth, good bonding characteristics between the constituent foils are found at an optimum oscillation amplitude. A similar analogy is also true for weld speed where the longitudinal locations behind the sonotrode rip open when higher weld speeds are implemented in the UC machine, leading to lower linear weld density and poor bonding characteristics.
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Clarke, Eleanor. "Internal stresses and dislocation densities generated by phase transformations in steel." Thesis, University of Oxford, 2008. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.489424.
Анотація:
Microstresses and dislocation distributions have important effects on the properties of many materials including dual phase (DP) steels and HSLA steels investigated in this thesis. Two complementary experimental techniques were used for the measurements: (i) electron backscatter diffraction (EBSD) and (ii) X-ray diffraction (XRD) line profile analysis (LPA). Nanoindentation was also used to investigate the variation in hardness within DP steels.
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Garcia, Victoria. "Effect of dislocation density on residual stress in polycrystalline silicon wafers." Thesis, Atlanta, Ga. : Georgia Institute of Technology, 2008. http://hdl.handle.net/1853/22621.
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Sheehan, Glen. "Density functional and dislocation theory of graphite related to nuclear materials." Thesis, University of Sussex, 2013. http://sro.sussex.ac.uk/id/eprint/44683/.
Анотація:
This thesis concerns the physicochemical understanding of radiation damage in graphite. It is structured in two parts, the first being a foundation of elastic and bonding properties in graphite and its intercalation compound with Bromine. The second builds on this with dislocation theory to analyse dimensional change and stored elastic energy. Part 1: Density functional theory (DFT) in the local density approximation (LDA) has been used to study the elastic properties of hexagonal graphite and of Bromine intercalated graphite. The second and third order elastic constants of graphite have been calculated ab initio. The internal strain has been considered and the results include partial and total elastic constant results. The nature of the interlayer binding energy has been studied using DFT with LDA. The London dispersion forces have been applied to the DFT results using a simple Lennard-Jones type model. The results of this study are in good agreement with other theoretical and experimental studies. The zero point energy has also been calculated and its effects applied to the interlayer energy and the related elastic constant C33 . This constant has also been calculated for stage-1 and stage-2 Bromine-intercalated graphite in order to aid interpretation of intercalation experiments which try to emulate with Br intercalation, the c-axis dimensional change that occurs from radiation damage. Part 2: A two dimensional dislocation model has been written based on both basal and prismatic dislocations. The model elucidates the stress fields arising from irradiation damage in graphite in either the standard damage model based on prismatic loops or the newly proposed model based on basal dislocations. It illustrates the different physical processes underlying dimensional change and should enable it to be quantified. The energy of the stress fields is calculated and found to be comparable to stored energies measured for graphite irradiated below 250oC.
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Saint-Lager, Marie-Claire. "Etude de la cohérence de phase des ondes de densité de charge." Grenoble 1, 1988. http://www.theses.fr/1988GRE10090.
Анотація:
Lorsque l'onde de densite de charge (odc) est en mouvement, la coherence de phase tend a etre de l'ordre de la longueur de l'echantillon. A 3 d, le raccordement entre deux regions de vitesse differente est assure par des dislocations de phase se deplacant dans le plan perpendiculaire au mouvement de l'odc. Un modele est propose, ou les dislocations, comme l'odc elle-meme, sont sensibles aux impuretes. La condition de raccordement est gouvernee par leur piegeage qui est represente par un terme de frottement statique
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Belabbas, Imad. "Simulation à l’échelle atomique des cœurs de dislocations dans le nitrure de gallium." Caen, 2007. http://www.theses.fr/2007CAEN2009.
Анотація:
Dans le cadre de la simulation atomistique nous avons étudié les structures atomique et électronique ainsi que la stabilité relative de différentes configurations du cœur des dislocations (prismatiques et basales) dans le GaN wurtzite. Pour ce faire, nous avons utilisé trois classes de méthodes : ab-initio DFT (AIMPRO), liaisons fortes (SCC-DFTB) et un potentiel empirique (Stillinger-Weber modifié). Dans le cas des dislocations prismatiques, nous avons fourni les premiers modèles atomistiques du cœur de la dislocation mixte , dont la configuration avec un double cycle à 5/6 atomes correspond à la structure du cœur observée par imagerie Z-contraste. Par ailleurs, nous proposons une nouvelle configuration du cœur de la dislocation vis (double cycle à 6 atomes) qui est plus énergétiquement favorable que la configuration (cycle à 6 atomes) connue jusqu’à présent. Pour cette même dislocation, nous avons mis en évidence la présence de canaux de conduction qui peuvent être à l’origine des courants de fuite observés dans les dispositifs électroniques à base de GaN. Pour les dislocations basales, nous avons montré dans le cas de la dislocation vis que la configuration de type shuffle est la plus énergétiquement favorable alors qu’une reconstruction totale des liaisons pendantes ne conduit pas nécessairement à un abaissement de l’énergie des configurations de type glide. Dans le cas de la dislocation mixte à 60°, la configuration du cœur de type glide avec une polarité azote s’est révélée la plus énergétiquement favorable. Dans le cas de la dislocation coin , la configuration shuffle, contenant des mauvaises liaisons, avec un cycle à 5/8/5 atomes est la plus énergétiquement favorable. Cette configuration est prédite pour être le résultat de la courbure à 90° d’une dislocation vis avec un cœur à double cycle à 6 atomes, lors de la croissance ELO. Nous avons montré que les cœurs de la dislocation coin sont caractérisés par la présence d’un fort champ de contrainte ce qui peut favoriser la contamination des couches de GaN par les atomes Si et O constituant le masqueIn the state of art of atomistic simulations, we have investigated energetics, atomic and electronic structures of different core configurations of prismatic and basal dislocations in wurtzite GaN. For that purpose, we have used three different methods: ab-initio DFT, tight-binding (SCC-DFTB) and an empirical potential (Modified Stillinger-Weber). We have provided the first atomistic models for the mixed dislocation core, where the configuration with a double 5/6-atoms ring corresponds to the structure already observed by Z-contrast imaging. We have also proposed, for the screw dislocation, a new core configuration, with a double 6-atoms ring, which is more energetically favourable than the configuration, with a single 6-atoms ring, known up to now. For this dislocation, we have, moreover, shown the presence of extended channels running along the core that may be at the origin of leakage currents, usually observed in GaN based devices. In case of basal dislocations, we have demonstrated for screw dislocations that the most energetically favourable core configuration belongs to the shuffle set, while a complete reconstruction of dangling bonds at the core of glide configurations do not lead necessarily to a lowering in core energy. For the mixed 60° dislocation, we have shown that the most energetically favourable core belongs to the glide set and possesses nitrogen polarity. A shuffle configuration with a complex 5/8/5-atoms ring structure, that contains wrong bonds, was found to be energetically favourable for the edge dislocation. This configuration is expected to result from a 90° bending of a screw dislocation with a double 6-atoms ring core during an ELO growth. All the core configurations of the edge dislocation were found to exhibit a large stress field. This may be a driving force for contamination of GaN layers grown by ELO with Si and O atoms which form the mask
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Wedberg, Dan. "Dislocation density based material model applied in FE-simulation of metal cutting." Licentiate thesis, Luleå tekniska universitet, Material- och solidmekanik, 2010. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:ltu:diva-26278.
Анотація:
Simulation based design enables rapid development of products with increased customer value in terms of accessibility, quality, productivity and profitability. However simulation of metal cutting is complex both in terms of numeric and physics. The work piece material undergoes severe deformations. The material model must therefore be able to accurately predict the deformation behavior for a large range of strain, strain rates (>50000 s-1) and temperatures. There exist a large number of different material models. They can be divided into empirical and physically based models. The far most common model used in simulation of metal cutting is the empirical Johnson-Cook plasticity model, JC model. Physically based models are based on the knowledge of the underlying physical phenomena and are expected to have larger domain of validity. Experimental measurements have been carried out in order to calibrate and validate a physical based material model utilizing dislocation density (DD) as internal variable. Split-Hopkinson tests have been performed in order to characterize the material behavior of SANMAC 316L at high strain rates. The DD model has been calibrated in earlier work by Lindgren et al. based on strain rate up to 10 s-1 and temperatures up to 1300 °C with good agreement over the range of calibration. Same good correspondence was not obtained when the model was extrapolated to high strain rate response curves from the dynamic Split-Hopkinson tests. These results indicate that new deformation mechanisms are entering. Repeating the calibration procedure for the empirical JC model shows that it can only describe the material behavior over a much more limited range. A recalibrated DD model, using varying obstacle strength at different temperatures, was used in simulation of machining. It was implemented in an implicit and an explicit finite element code.Simulation of orthogonal cutting has been performed with JC model and DD model using an updated Lagrangian formulation and an implicit time stepping logic. An isotropic hardening formulation was used in this case. The results showed that the cutting forces were slightly better predicted by the DD model. Largest error was 16 % compared to 20 % by the JC model. The predicted chip morphology was also better with the DD model but far from acceptable. Orthogonal cutting was simulated using an updated Lagrangian formulation with an explicit time integration scheme. In this case were two hardening rules tested, isotropic hardening and a mixed isotropic-kinematic hardening. The later showed an improvement regarding the feed force prediction. A deviation of less than 8% could be noticed except for the feed force at a cutting speed of 100 m/min. The time stepping procedure in combination with the mesh refinement seems to be able to capture the chip segmentation quite well without including damage evolution in the material model.Further works will mainly focus on improving the DD-model by introducing relevant physics for high strain rates.Godkänd; 2010; 20100809 (danwed); LICENTIATSEMINARIUM Ämnesområde: Materialmekanik/Material Mechanics Examinator: Professor Lars-Erik Lindgren, Luleå tekniska universitet Diskutant: Professor Bevis Hutchinson, Swerea KIMAB, Stockholm Tid: Torsdag den 23 september 2010 kl 10.00 Plats: E246, Luleå tekniska universitet
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Dai, Hong 1967. "Geometrically-necessary dislocation density in continuum plasticity theory, FEM implementation and applications." Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 1997. http://hdl.handle.net/1721.1/10240.
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Domkin, Konstantin. "Constitutive models based on dislocation density : formulation and implementation into finite element codes." Doctoral thesis, Luleå, 2005. http://epubl.luth.se/1402-1544/2005/35.
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Seret, Anthony. "Influence de la mise en forme sur les cinétiques de précipitation durcissante dans les superalliages base nickel Inconel® 625 et AD730™." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019PSLEM030.
Анотація:
Les superalliages base nickel possèdent d'exceptionelles propriétés mécaniques et de résistance à la corrosion à haute température. Ces propriétés mécaniques proviennent en partie de la précipitation durcissante des phases Ni3Nb γ″ ou Ni3(Al, Ti) γ′. L'objectif de cette thèse est de mieux comprendre comment les opérations de mise en forme de pièces industrielles peuvent influencer cette précipitation. Deux superalliages ont été étudiés dans cette thèse : Inconel® 625 mis en forme par déformation à température ambiante et renforcé par la phase γ″, et AD730™ mis en forme par forgeage à chaud et renforcé par la phase γ′. Des traitements thermiques, essais mécaniques et thermomécaniques ont été réalisés afin d'une part de reproduire les niveaux de déformation plastique et/ou la structure de grains obtenus à la fin d'étapes de mise en forme industrielle, et d'autre part de déclencher la précipitation ou d'induire l'évolution des précipités existants. Les microstructures ont ensuite été caractérisées quantitativement par microscopie à balayage au regard de la structure de grains, l'organisation des dislocations et d'état de précipitation. Dans l'alliage Inconel® 625, la précipitation γ″ lors d'un traitement thermique à 650 °C n'est pas influencée par une déformation préalable appliquée, validant la pertinence de la température de 650 °C pour procurer un durcissement homogène aux pièces industrielles. Dans l'alliage AD730™, la germination de précipités γ′ lors d'un refroidissement après compression à chaud a lieu plus tôt dans les grains non recristallisés que dans les grains recristallisés, par relaxationélastique à la germination. De manière concomitante, le front de recristallisation dissous ces précipités γ/γ′ présents dans les grains non recristallisés pour éviter toute interface γ/γ′ incohérente. Des précipités γ′ reprécipitent ensuite dans le front de recristallisation avec une interface γ/γ′ cohérente dans les grains recristallisés, et peuvent par la suite se subdiviser pour diminuer l'énergie élastique globale. Cette thèse comprend le développement d’outils spécifiques : réduction du bruit de mesure de cartographies EBSD pour une estimation plus précise des densités de dislocations géométriquement nécessaires, analyse d’image et modèle de précipitationNickel-based superalloys possess exceptional mechanical properties and corrosion resistance at high temperature. These mechanical properties result partly from the hardening precipitation of Ni3Nb γ″ or Ni3(Al, Ti) γ′ phases. The objective of this PhD is to better understand how forming operations of industrial parts may influence this precipitation. Two superalloys have been studied in this PhD : Inconel® 625 alloy formed a room temperature and reinforced by the γ″ phase, and AD730™ alloy hot forged and reinforced by the γ′ phase. Thermal treatments, mechanical and thermomechanical tests have been performedin order to, on the one hand, reproduce the plastic strain levels and/or the grain structure obtained at the end of industrial forming operations, and on the other hand to trigger the precipitation or the evolution of already existing precipitates. The microstructures have then been quantitatively characterizedby scanning electron microscopy regarding the grains structure, the dislocationsorganization and the precipitation state.In the Inconel® 625 alloy, the nucleation of γ″ precipitates during a thermal treatment at 650 °C is not influenced by a strain applied before, supporting the relevancy of the 650 °C temperature to bring an homogeneous hardening to industrial parts. In the AD730™ alloy, the γ′ precipitation during a cooling after a hot compression takes place sooner in unrecrystallized grains than in recrystallized grains, by elastic relaxation when nucleating. Concomitantly, the recrystallization front dissolves these γ′ precipitates present in unrecrystallized grains to avoid any incoherent γ/γ′ interface. Then γ′ precipitates reprecipitate on the recrystallization front with a coherent γ/γ′ interface in recrystallized grains, and can afterwards subdivide to reduce the global elastic energy. This PhD includes the development of specific tools : reduction of the measurement noise of EBSD maps for a more accurate assessmentof geometrically necessary dislocations densities, image analysis and precipitation model
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Yi, Tianyou. "Modeling of dynamical vortex states in charge density waves." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00768237.
Анотація:
Formation of charge density waves (CDW) is a symmetry breaking phenomenon found in electronic systems, which is particularly common in quasi-one-dimensional conductors. It is widely observed from highly anisotropic materials to isotropic ones like the superconducting pnictides. The CDW is seen as a sinusoidal deformation of coupled electronic density and lattice modulation; it can be also viewed as a crystal of singlet electronic pairs. In the CDW state, the elementary units can be readjusted by absorbing or rejecting pairs of electrons. Such a process should go via topologically nontrivial configurations: solitons and dislocations - the CDW vortices. An experimental access to these inhomogeneous CDW states came from studies of nano-fabricated mesa-junctions, from the STM and from the X-ray micro-diffraction. Following these requests, we have performed a program of modeling stationary states and of their transient dynamic for the CDW in restricted geometries under applied voltage or at passing normal currents. The model takes into account multiple fields in mutual nonlinear interactions: the two components of the CDW complex order parameter, and distributions of the electric field, the density and the current of normal carriers. We were using the Ginzburg-Landau type approach and also we have derived its extension based on the property of the chiral invariance. We observed the incremental creation of static dislocations within the junctions. The transient dynamics is very rich showing creation, annihilation and sweeping of multiple vortices. The dislocations cores concentrate the voltage drops thus providing self-tuned microscopic junctions where the tunneling creation of electron-hole pairs can take place. The results obtained from this model agree with experiment observations. The methods can be extended to other types of charge organization known under the general name of the Electronic Crystal. It takes forms of Wigner crystals at hetero-junctions and in nano-wires, CDWs in chain compounds, spin density waves in organic conductors, and stripes in doped oxides. The studied reconstruction in junctions of the CDW may be relevant also to modern efforts of the field-effect transformations in strongly correlated materials with a spontaneous symmetry breaking.
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Lei, Huaping. "Dislocations et puits quantiques dans les nitrures semiconducteurs III-V par des méthodes de dynamique moléculaire et du premier principe." Caen, 2009. http://www.theses.fr/2009CAEN2023.
Анотація:
En utilisant un empirique potentiel modifié du type Stillinger-Weber (SW) et une méthode du premier principe à base de DFT (SIESTA code), les propriétés des dislocations et leur possible interaction avec les puits quantiques InGaN ont été étudiées. Avec SW, différents types de dislocations, coin-a, vis-c, vis-a et coin-c ont été traités systématiquement dans InN et AlN et comparer avec GaN. Un nouveau cœur de dislocation vis-c a été mis en évidence pour InN, AlN et également GaN avec une mauvaise liaison située dans le plan. Avec SIESTA, les énergies des dislocations coin-a ont été calculées au moyen d’une supercellule de quadrupôle pour AlN, GaN et InN. La condition périodique crée des images dont les effets sont corrigés par deux méthodes : la sommation quadrupolaire et les dislocations « fantômes ». Le résultat montre que les coeurs à 8 atomes sont plus stables que ceux à 5/7 et 4 atomes et valide le potentiel SW pour les grandes distorsions. Avec SW, la distribution des atomes d'indium dans InGaN a été systématiquement étudiée ainsi que l'effet des contraintes sur la stabilité du système et le rôle de la dislocation vis-c dans la séparation de phases. Les clusters d’indium ne sont pas favorables énergétiquement mais peuvent être formés dans le coeur de la dislocation vis-c. Les distorsions réduisent la stabilité énergétique des héterostructures InGaN/GaN et compresse les liaisons N-Ga et N-In. Un phénomène anormal de la liaison N-Ga est observé dans le puits quantique InGaN/GaN : sa longueur est réduite en fonction de la concentration d’indium lorsque la deformation atteint une valeur critique. Cet effet peut être expliqué en considérant la balance des forcesThe properties of the threading dislocations and their possible interactions with the InGaN quantum wells are theoretically investigated by using a modified empirical Stillinger-Weber potential (SW) and the first principle calculations (SIESTA package). All types of pure threading dislocations: a-edge, c-screw, a-screw and c-edge in InN and AlN have been systematically studied by using SW in comparison with GaN. The new core structures of c-screw dislocations in AlN and InN are found as same in GaN with the wrong bonds located in a plane. With SIESTA, the a-edge dislocations were treated by using the quadrupolar supercells in AlN, GaN and InN. The image effect due to the periodic boundary condition has been considered by the quadrupole summation and ghost dislocation methods. The corrected core energies have indicated that 8-atom core is more energetically feasible than 4- or 5/7-atom cores. The transferability of the Stillinger-Weber potential to the large distortion system has been validated. The strain effect reduces the energetic stability of systems, and the role of c-screw dislocation on the phase separation is studied. The formation of In-rich clusters is not energetically feasible, but would be possible in the core of c-screw dislocation. The strain in InGaN/GaN heterostructures further reduces the energetic stability. Suffering from the strain, N-Ga and N-In bonds are compressed, and an abnormal behavior of N-Ga bonds takes place: N-Ga bond length is reduced as a function of indium concentration when the strain is larger than the critical value. A force balance model has been proposed to explain the abnormality of N-Ga bonds in the strained InGaN quantum wells
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Bougrab, Hakim. "Analyse et identification de microstructures de dislocations : Approche micromécanique de la distorsion du réseau et élargissement des raies de diffraction des rayons x." Paris, ENSAM, 2004. http://www.theses.fr/2004ENAM0009.
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Naamoun, Mehdi. "Mécanisme de formation et de propagation des dislocations au sein de diamant CVD monocristallin et développement de stratégies visant à réduire leur densité." Paris 13, 2013. http://scbd-sto.univ-paris13.fr/secure/edgalilee_th_2013_naamoun.pdf.
Анотація:
L’objectif principal de ce travail de thèse est l’obtention de films de diamant monocristallin à faible densité de dislocations, condition sine qua none à leur utilisation dans le domaine de l’électronique de puissance. Dans un premier temps, la formation et la propagation de ces défauts étendus au sein des monocristaux de diamant ont été étudiées. Deux sources principales de dislocations ont été mises en évidence : (i) les dislocations provenant du coeur du substrat germe (diamant naturel ou HPHT) qui se propagent à travers la couche CVD épitaxiée, (ii) les dislocations provenant de l’interface HPHT-CVD. Pour éliminer les défauts de la seconde origine, un traitement de surface combinant le procédé ICP-RIE (réalisée sur la face supérieure) et une gravure par plasma H2/O2 (sur les faces latérales de l’échantillon) a été proposé. Des monocristaux CVD épais (> 300 μm) présentant une densité de défauts réduite (de l’ordre de 104 par cm2) ont ainsi été obtenus. Afin d’éliminer les défauts de coeur, des techniques innovantes fondées d’une part sur le masquage sélectif des défauts par des particules métalliques et d’autre part sur la macro et sur la micro-structuration de surface, ont été développées. La macro-structuration de surface a démontré la possibilité de modifier la direction de propagation des dislocations vers les bords du cristal. La technique de micro-structuration ainsi que le masquage sélectif (développée et brevetée lors de cette thèse) ont montré la possibilité de faire se rencontrer les dislocations et de les annihiler, conduisant à l’inhibition de leur progression au sein du cristal CVD épitaxiéThe main objective of this PhD thesis is to obtain single crystal diamond films with low dislocation density, prerequisite to their use in the field of power electronics. At first, the formation and propagation of these extended defects into single crystal diamond were studied. Two main sources of dislocations have been identified: (i) dislocations directly originating from the substrate (natural or HPHT diamond) that thread through the CVD layer, (ii) and dislocations formed at the HPHT-CVD interface. To eliminate defects of the second origin, surface treatments combining the ICP- RIE process (carried on the upper side) and H2/O2 plasma etching (on the back side and on the lateral faces of the sample) were proposed. Thus, thick CVD layers (> 300 μm) with a reduced defect density (around 104 per cm2) were obtained. To eliminate dislocations directly originating from the substrate, innovative techniques based on the one hand on selective masking of defects by metal particles and on the other hand by the macro and micro-structuration, were developed. Surface macro-structuration demonstrated the ability to change the direction of dislocation’s propagation towards the crystal edges. Selective masking (developed and patented during this PhD thesis) and micro-structuration techniques have shown the ability to reduce dislocation density by preventing them from propagating through the CVD crystal
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Sakai, Akira, Ken Sugimoto, Takeo Yamamoto, Masahisa Okada, Hiroya Ikeda, Yukio Yasuda, and Shigeaki Zaima. "Reduction of threading dislocation density in SiGe layers on Si (001) using a two-step strain–relaxation procedure." American Institute of Physics, 2001. http://hdl.handle.net/2237/6996.
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Fleck, Martin Gabriel [Verfasser]. "The Influence of High Temperature Steps on Defect Etching and Dislocations : Etch Pit Density Reduction in Multicrystalline Silicon / Martin Gabriel Fleck." Konstanz : KOPS Universität Konstanz, 2020. http://d-nb.info/1233203193/34.
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Durinck, Julien. "Modélisation de la plasticité de la forsterite par calculs à l'échelle atomique et par dynamique des dislocations." Lille 1, 2005. https://ori-nuxeo.univ-lille1.fr/nuxeo/site/esupversions/9fd43a9a-26ef-450b-93e3-5ad8c43033b0.
Анотація:
L'étude de la déformation plastique de l'olivine constitue un point important dans la compréhension de la dynamique interne de la Terre. Ce minéral se déforme essentiellement par glissement de dislocations de vecteurs de Burgers [100] et [001] et, pour la première fois dans le domaine de la minéralogie physique, nous avons abordé le problème en adoptant une approche numérique. A l' échelle atomique, la question importante de l' anisotropie plastique peut être éclairée par l'approche des fautes d'empilement généralisées, calculées par ab initio, qui permet de remonter à la limite d'élasticité théorique. Cette méthode a également permis d'expliquer l'influence de la pression sur les mécanismes de déformation de l'olivine, récemment mise en évidence expérimentalement. Le modèle de Peierls-Nabarro constitue une alternative à la modélisation directe des cœurs de dislocation. Grâce à ce dernier, l'étalement du cœur et les contraintes de Peierls des dislocations de vecteurs de Burgers [001] et [100] ont pu être déterminées. A l'échelle mésoscopique, nous avons adapté une simulation tridimensionnelle de la dynamique des dislocations à la structure de l'olivine pour modéliser la plasticité du monocristal. Le modèle de formation et propagation de doubles décrochements permet de décrire la mobilité des dislocations soumises à de la friction de réseau et son utilisation a mis en évidence un effet de la contrainte sur l'anisotropie plastique. Les dislocations ne constituent pas des obstacles forts entre elles (pas de formation de jonction, ni d'interactions colinéaires) et le glissement dévié apparaît comme étant un mécanisme manquant qu'il faudra étudier en détail dans le futur.
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Yamoah, Nana Kwame Gyan. "Microstructure Characterization of SUS444 Ferritic Stainless Steel." Thesis, Virginia Tech, 2013. http://hdl.handle.net/10919/23253.
Анотація:
Redesigning heavy components with thinner components is one way to lower automotive weight and improve fuel efficiency. Therefore, replacing thick cast iron exhaust manifolds with thinner heat resistant stainless steel one is a prime example of this approach. Material for a thin exhaust manifold must tolerate cyclic thermal fatigue. In SUS 444, this characteristic is directly related to the influence of microstructure on high temperature strength and the stability of the microstructure at the high operating temperature range. The goal of this research is to identify the cause for the drastic difference in the stress-strain behavior between two potential manufacturer heat treatments that will serve as a simplified model case for high temperature cyclic fatigue. Transmission electron microscopy (TEM) based microstructure analyses of samples which have been aged at 750"C for 100 hours and then hot-tensile tested at 750"C with a strain rate of suggest continuous recrystallization as the mechanism responsible for the stable high temperature strength. The initial high temperature strength observed in the unaged sample was due to the precipitation of fine Laves phases which pinned down the motion of dislocations. As deformation progressed the strength increased until a critical precipitate size, volume fraction and dislocation density before Laves phases begun to rapidly coarsen and resulted in the abrupt decrease in strength. Microstructure evidence suggests the absence of precipitation strengthening effect in the aged samples could be a contributing factor to the decrease in peak strength between the aged samples and the unaged samples.Master of Science
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Lim, Hojun. "Meso-Scale Modeling of Polycrystal Deformation." The Ohio State University, 2010. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=osu1275400049.
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Requardt, Herwig Walter. "Etude structurale et dynamique des composés à onde de densité de charge du type MX3 et (MX4)nI." Université Joseph Fourier (Grenoble), 1998. http://www.theses.fr/1998GRE10043.
Анотація:
Ce travail traite trois sujets d'etudes structurelles et dynamiques des systemes a onde de densite de charge : premierement, l'origine du comportement non-debye de la chaleur specifique des composes k#o#. #3moo#3 et kcp est etudiee. Dans ces deux composes, ce comportement anormal est observe aux temperatures voisines de 10k. La combinaison de la densite d'etats de phonons, obtenue experimentalement, avec des calculs simples, a base de courbes de dispersion de phonons, permet d'etablir le lien entre les branches acoustiques et optiques de basse energie de ces composes et l'anomalie de leur chaleur specifique. Dans une deuxieme partie, l'influence d'un faible dopage isoelectronique (nb) sur le vecteur de modulation de l'onde de densite de charge (odc) du compose (tase#4)#2i est etudiee. Contrairement aux systemes a odc prototypes comme k#o#. #3moo#3, nbse#3 ou kcp, (ta#1#-#xnb#xse#4)#2i revele un changement de la position des satellites : a partir d'un dopage avec x0. 01 les satellites s'approchent des raies de bragg. Un modele developpe recemment pour la transition de phase de(tase#4)#2i offre un mecanisme expliquant l'effet du dopage en termes d'un reseau perturbe par des defauts. Cependant, le caractere seuil de l'effet du dopage sur la variation de la position des satellites reste inexplique. Troisiemement, la deformation de l'odc depiegee par un champ electrique est etudiee dans le compose nbse#3. Cette deformation se manifeste par un changement q(x) du vecteur d'onde de l'odc le long de l'echantillon. En appliquant un champ electrique continu, la deformation est maximale au contact, suivie par un regime de decroissance exponentielle de q(x) pres du contact. Un deuxieme regime est observe dans la partie centrale de l'echantillon presentant une variation lineaire de q(x). En appliquant un champ electrique pulse, la deformation de l'odc revele dans le regime exponentiel une relaxation avec une forte dependance spatiale, pendant que dans le regime lineaire q(x) ne presente pas de dependance temporelle. Nos resultats ont permis de developper un modele theorique, reliant la deformation de l'odc au desequilibre local des porteurs de charge provoque par l'injection/l'extraction du courant electrique. Ce desequilibre est reduit par le phase slip, menant, dans un cas simple, a une dependance spatiale exponentielle de q(x). Le regime lineaire de la deformation est interprete comme la consequence d'un piegeage collectif du phase slip quand le desequilibre a diminue au-dessous d'une valeur seuil.
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Goerdeler, Matthias [Verfasser]. "Application of a Dislocation Density Based Flow Stress Model in the Integrative Through-Process Modelling of Aluminium Production / Matthias Goerdeler." Aachen : Shaker, 2007. http://d-nb.info/1163609951/34.
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Jacques, Vincent. "Application de la diffraction cohérente des rayons X à l'étude de défauts topologiques dans les structures atomiques et électroniques." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00463496.
Анотація:
Le travail présenté dans ce manuscrit a pour fil conducteur l'utilisation de la diffraction cohérente des rayons X pour mettre en lumière différents phénomènes physiques. La détection de défauts topologiques, auxquels les faisceaux cohérents sont très sensibles, permet de tirer des conclusions sur l'ordre ou le désordre trouvés dans les systèmes étudiés. La notion de cohérence des rayons X est tout d'abord exposée, puis la caractérisation de profils de diffraction cohérente en présence de défauts topologiques est présentée à travers une étude des boucles de dislocation dans le silicium. Cette technique a ensuite été appliquée à l'étude de composés présentant des ordres électroniques incommensurables, tels que les Ondes de Densité de Charge (ODC) et les Ondes de Densité de Spin (ODS). Plusieurs systèmes ont été étudiés : le chrome pur monocristallin, le bronze bleu K0.3MoO3, et NbSe3. Dans le cas du chrome, les résultats obtenus posent la question du lien réel existant entre ODC et ODS. Par ailleurs, une dislocation magnétique isolée en volume a été détectée, et a permis de soulever la question des constantes de force de l'ODS du spin. Le bronze bleu et NbSe3 ont été étudiés sous champ électrique. Un ordre à très grande distance a été observé dans les ODC du bronze bleu et de NbSe3, dans le régime de glissement. Nous proposons une description en termes de phase, à l'aide d'un modèle de type réseau de solitons.
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Mohamad, Ranim. "Relaxation de la contrainte dans les hétérostructures Al(Ga)InN/GaN pour applications électroniques : modélisation des propriétés physiques et rôle de l'indium dans la dégradation des couches épitaxiales." Thesis, Normandie, 2018. http://www.theses.fr/2018NORMC229/document.
Анотація:
Pour la fabrication des transistors hyperfréquences de puissance à base de nitrures, l’alliage InAlN est considéré comme une meilleure barrière qu’AlGaN grâce à l’accord de maille pour une composition en indium voisine de 18 %. Ainsi le gaz d'électrons à deux dimensions (2DEG) est-il généré seulement par la polarisation spontanée dans une hétérointerface InAlN/GaN sans contrainte résiduelle pour une fabrication de transistors aux performances optimales. Cependant, durant sa croissance sur GaN, sa qualité cristalline se dégrade avec l’épaisseur et il se forme des défauts V au niveau de l’interface. Afin de déterminer les sources de ce comportement, nous avons mené une étude théorique par dynamique moléculaire et techniques ab initio pour analyser la stabilité et les propriétés des alliages des composés nitrures en nous focalisant particulièrement sur InAlN. L’analyse des diagrammes de phase a permis de montrer que cet alliage présente une large gamme d’instabilité en composition d’indium et un comportement différent d’InGaN sous compression avec une instabilité amplifiée sous forte pression. En déterminant la stabilité énergétique de la lacune d’azote en interaction avec l’indium, nous avons montré que ce défaut ponctuel autour duquel des atomes d’indium tendent à retrouver une longueur de liaison voisine de celle dans InN pouvait être un catalyseur pour la formation de clusters dans cet alliage. Ces clusters d’InN introduisent des niveaux donneurs profonds dans la bande interdite. En ce qui concerne les dislocations traversantes, nos résultats montrent qu’elles auront aussi tendance à capturer des atomes d’indium dans leur cœur pour minimiser leur énergie. Ainsi nous avons pu apporter les bases théoriques qui montrent que la lacune d’azote participe à la dégradation spontanée des couches d’InAlN et que les dislocations traversantes sont amenées à y participer en attirant les atomes d’indium et donc en renforçant la séparation de phase en leur voisinageFor the fabrication of nitride-based power microwave transistors, the InAlN alloy is considered to be a better barrier than AlGaN thanks to the lattice match with GaN for an indium composition around 18%. Thus the two-dimensional electron gas (2DEG) is generated only by the spontaneous polarization at the AlInN/GaN heterointerface for a production of highest performance transistors. However, during its growth on GaN, its crystalline quality deteriorates with the thickness and V-defects are formed at the layer surface. To determine the sources of this behavior, we carried out a theoretical study by molecular dynamics and ab initio techniques to analyze the stability and the properties of alloys of nitride compounds, focusing particularly on InAlN. The analysis of the phase diagrams showed that this alloy has a wide zone of instability versus the indium composition and a different behavior with InGaN with amplified instability under high compressive strain. By determining the energetic stability of the nitrogen vacancy could be catalyst for forming clusters in this alloy. These InN clusters introduce deep donor levels inside the band gap. With regard to treading dislocations, our results show that they will also tend to capture indium atoms in their cores in order to minimize their energy. Thus, we have been able to provide a theoretical basis that show that the nitrogen vacancy participates in the spontaneous degradation of the AlInN layers and that the threading dislocations participate by attracting the indium atoms and thus reinforcing the separation of phase in their vicinity
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Monnet, Ghiath. "Caractérisation de l'énergie stockée par diffraction des rayons X dans les multicristaux de cuivre : effet sur la recristallisation statique." Phd thesis, Université Paris-Nord - Paris XIII, 1999. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00426731.
Анотація:
Le rôle de l'énergie stockée dans le processus de recristallisation est mal connu. D'une part, cet énergie est difficile à caractériser expérimentalement, de fait de sa faible magnitude, hétérogénéité et de son caractère irréversible. D'autre part, la complexité phénoménologique du processus ne permet pas de déterminer facilement l'effet de chacun des facteurs physiques. Nous nous sommes attaché dans cette thèse à mettre en place une technique de mesure précise de cette énergie et une démarche expérimentale permettant d'isoler son rôle sur les mécanismes de recristallisation. Ainsi, nous avons utilisé la technique de diffraction monochromatique à haute résolution pour enregistrer les profils de diffraction de mono et multicristaux de cuivre laminés à environ 35%. La résolution physique du diffractomètre, inférieure à 10-4, permet d'éviter la déconvolution hasardeuse du spectre initial d'émission. Les modèles récents d'analyse de profils fournissent, à partir de la transformée de Fourrier, la densité de dislocations ainsi que le rayon d'écrantage extérieur, c'est-à-dire les deux facteurs nécessaires pour le calcul de l'énergie stockée. A taux de laminage égal, nous avons observé une forte variation de la densité de dislocations (entre 7 à 121014 m-2) en fonction de l'orientation cristallographique, alors que le rayon d'écrantage reste sensiblement le même. Une fois l'énergie stockée caractérisée, nous avons étudié son effet sur la recristallisation statique au moyen de recuits isochrones de 15 min, visant à déceler la température critique de recristallisation. A cette température, par définition, de nouveaux grains recristallisés doivent être présents, sans pour autant envahir tout l'échantillon. Nos résultats révèlent la forte influence de l'énergie stockée sur cette température : une augmentation de 47 % de l'énergie entraîne une chute de 210° de température critique. Par analyse des rotations cristallographiques, nous avons aussi identifié le maclage comme mécanisme principal de génération de nouvelles orientations.
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Huang, Shuo. "Nanostructured advanced ceramics for armour applications." Thesis, Loughborough University, 2013. https://dspace.lboro.ac.uk/2134/12513.
Анотація:
Ceramics have been widely used for personnel and vehicle armour because of their desirable properties such as high hardness and low density. However the brittle nature associated with the ceramic materials, i.e. low toughness, reduces their ability to withstand multiple ballistic hits. The present work is focused on ceramic armour materials made from alumina and zirconia toughened alumina (ZTA). The effects of grain size and zirconia phase transformation toughening on the mechanical and high strain rate properties in both materials were investigated in detail. Alumina, 10%, 15% and 20% nano ZTA with 1.5 mol% yttria stabiliser were produced with various grain sizes. The processing of the materials started from suspension preparation, spray freeze drying of the suspension and die pressing to produce homogeneous green bodies with densities above 54%. Then, the green bodies were sintered using conventional single stage and/or two stage sintering to produce the samples with full density and a range of grain sizes (0.5 to 1.5 µm alumina grains and 60 to 300 nm zirconia grains). The effects of the processing conditions on the microstructures were studied and the optimum processing route for each sample was determined. The mechanical properties of the alumina and ZTA samples were investigated, including Vickers hardness, indentation toughness, 4-point bend strength and wear resistance. The results showed that, with an increasing amount of zirconia addition, evident increases of the toughness, strength and wear resistance properties were observed, whilst the hardness reduced slightly correspondingly. The effect of density and grain sizes on the hardness and toughness were studied as well: larger alumina grain size led to a higher hardness and negligible change in toughness, whilst the zirconia grain coarsening enhanced the phase transformation toughening effect and the samples displayed a higher toughness. In addition to the investigation of the mechanical properties, the alumina and nano ZTA samples were subjected to high strain rate testing, including split Hopkinson pressure bar (SHPB) (8-16 m/s) and gas gun impact testing (100-150 m/s). The high strain rate performances were compared in terms of their fracture behaviours, fragmentation process and fragment size distribution. Raman spectroscopy was used to measure the amount of zirconia phase transformation in ZTA samples after the high strain rate testing. The residual stress and dislocation density in alumina grains after testing were quantitatively measured using Cr3+ fluorescence spectroscopy. The results indicated that zirconia phase transformation can reduce the residual stress and dislocation densities in the ZTA samples, resulting in less damage, lower plastic deformation and less crack propagation. In addition, a nano zirconia material with 1.5 mol% yttria stabiliser (1.5YSZ) was subjected to a gas gun impact test with a very high impact speed (142 m/s); a deep projectile penetration was observed, due to the low hardness of the pure zirconia, whilst the sample stayed intact. The result further confirmed that the zirconia phase transformation toughening effect can improve the sample's high strain rate performance.
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CORNIER, JEAN-PIERRE. "Etude par microscopie electronique en transmission de petits defauts dans des monocristaux de gaas." Paris 6, 1988. http://www.theses.fr/1988PA066673.
Анотація:
Recherche de la forme optimale des parois d'un monocristal de gaas lors de son elaboration pour reduire la densite des dislocations. Elaboration d'un modele pour la forme de l'interface de croissance a l'emergence d'une dislocation
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Garandet, Jean-Paul. "Etude des phénomènes de transport et des défauts cristallins dans des alliages Ga-Sb et Ga-In-Sb élaborés par la méthode Bridgman." Grenoble INPG, 1989. http://www.theses.fr/1989INPG0058.
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Shen, Ninggang. "Microstructure prediction of severe plastic deformation manufacturing processes for metals." Diss., University of Iowa, 2018. https://ir.uiowa.edu/etd/6282.
Анотація:
The objective of the research presented in this thesis has been to develop a physics-based dislocation density-based numerical framework to simulate microstructure evolution in severe plastic deformation (SPD) manufacturing processes for different materials. Different mechanisms of microstructure evolution in SPD manufacturing processes were investigated and summarized for different materials under dynamic or high strain rates over a wide temperature range. Thorough literature reviews were performed to clarify discrepancies of the mechanism responsible for the formation of nanocrystalline structure in the machined surface layer under both low-temperature and high-temperature conditions.
Under this framework, metallo-thermo-mechanically (MTM) coupled finite element (FE) models were developed to predict the microstructure evolution during different SPD manufacturing processes. Different material flow stress responses were modeled subject to responsible plastic deformation mechanisms. These MTM coupled FE models successfully captured the microstructure evolution process for various materials subjected to multiple mechanisms.
Cellular automaton models were developed for SPD manufacturing processes under intermediate to high strain rates for the first time to simulate the microstructure evolution subjected to discontinuous dynamic recrystallization and thermally driven grain growth. The cellular automaton simulations revealed that the recrystallization process usually cannot be completed by the end of the plastic deformation under intermediate to high strain rates. The completion of the recrystallization process during the cooling stage after the plastic deformation process was modeled for the first time for SPD manufacturing processes at elevated temperatures.
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Li, Siqian. "The atomic struture of inversion domains and grain boundaries in wurtzite semonconductors : an investigation by atomistic modelling and high resolution transmission electron microscopy." Thesis, Normandie, 2018. http://www.theses.fr/2018NORMC252/document.
Анотація:
Au cours de ce travail, nous avons étudié deux types de défauts interfaciaux: domaines d’inversion (DI) et joints de grains (JG) dans des semiconducteurs de structure wurtzite (nitrures- d’éléments III, ZnO et l’hétérostructure ZnO/GaN) en utilisant le MET haute résolution et la modélisation ab initio. Dans le cas des DI, nos analyses théoriques montrent qu'une configuration tête-à-tête avec une séquence d'empilement à l’interface AaBbAa-AcCaA (H4) est la structure la plus stable dans les composés binaires (nitrures et ZnO wurtzites). De plus, un gaz d’électrons (2DEG) ou de trous (2DHG) à 2 dimensions est formé pour les configurations « tête-à-tête » ou queue-à-queue. A l’interface ZnO/GaN, l'observation de MET très haute résolution a confirmé la configuration H4 avec une interface -Zn-O-Ga-N. Notre modélisation théorique a mis en évidence la formation d’un gas de trous à 2 dimensions à cette hétérointerface. Nous avons aussi réalisé l’étude topologique, théorique et par MET des joints de grains de rotation autour de l’axe [0001] dans ces matériaux. Dans le GaN, nous avons trouvé que les plans du joint sont simplement formés par des dislocations de type a déjà connues pour le matériau en couche mince. Par contre, dans ZnO, la théorie topologique est complétement démontrée, et la dislocation [101 ̅0] est une brique de base dans la constitution des joints de grains avec des cycles d’atomes 6-8-4-In this work, we investigated two kinds of interfacial defects: inversion domain boundaries (IDBs) and grain boundaries (GB) in wurtzite semiconductors (III-nitrides, ZnO and ZnO/GaN heterostructure) using high-resolution TEM and first-principle calculations. For IDBs, theoretical calculation indicated that a head-to-head IDB with an interfacial stacking sequence of AaBbAa-AcCaA (H4) is the most stable structure in wurtzite compounds. Moreover, 2-dimensional electron gas (2DEG) and 2-dimensional hole gas (2DHG) build up in head-to-head and tail-to-tail IDBs, respectively. Considering the IDB at the ZnO/GaN heterointerface, TEM observations unveiled the H4 configuration with a -Zn-O-Ga-N interface. Moreover the theoretical investigation also confirmed stability of this interface along with the corresponding formation of a 2DHG. A detailed topological, TEM and theoretical investigation of [0001] tilt Grain Boundaries (GBs) in wurtzite symmetry has also been carried out. In GaN, it is shown that the GBs are only made of separated a edge dislocations with 4, 5/7 and 8 atoms rings. For ZnO, a new structural unit: the [101 ̅0] edge dislocation made of connected 6-8-4-atom rings is reported for the first time, in agreement with an early theoretical report on dislocations and jogs in the wurtzite symmetry
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Karamched, Phani Shashanka. "Deformation studies near hard particles in a superalloy." Thesis, University of Oxford, 2011. http://ora.ox.ac.uk/objects/uuid:e740592d-8d82-4c12-9bfe-99901d132b60.
Анотація:
Superalloys have performed well as blade and disc materials in turbine engines due to their exceptional elevated temperature strength, high resistance to creep, oxidation and corrosion as well as good fracture toughness. This study explores the use of a relatively new technique of strain measurement, high resolution electron backscatter diffraction (HR-EBSD) to measure local deformation fields. The heart of the HR-EBSD technique lies in comparing regions in EBSD patterns from a strained region of a sample to those in a pattern from an unstrained region. This method was applied to study the elastic strain fields and geometrically necessary dislocation density (GND density) distribution near hard carbide particles in a nickel-based superalloy MAR-M-002. Significant thermal strains were initially induced by thermal treatment, which included a final cooling from the ageing temperature of 870°C. Elastic strains were consistent with a compressive radial strain and tensile hoop strain that was expected as the matrix contracts around the carbide. The mismatch in thermal expansion coefficient of the carbide particles compared to that of the matrix was sufficient to have induced localized plastic deformation in the matrix leading to a GND density of 3 x 1013 m–2 in regions around the carbide. These measured elastic strain and GND densities have been used to help develop a crystal plasticity finite element model in another research group and some comparisons under thermal loading have also been examined. Three-point bending was then used to impose strain levels within the range ±12% across the height of a bend bar sample. GND measurements were then made at both carbide-containing and carbide-free regions at different heights across the bar. The average GND density increases with the magnitude of the imposed strain (both in tension and compression), and is markedly higher near the carbide particles. The higher GND densities near the carbides (order of 1014 per m2) are generated by the large strain gradients produced around the plastically rigid inclusion during monotonic mechanical deformation with some minor contribution from the pre-existing residual deformation from thermal loading. A method was developed of combining the local EBSD measurements with FE modelling to set the average residual strains within the mapped region even when a good strain free reference point was unavailable. Cyclic loading was then performed under four point loading to impose strain levels of about ±8% across the height of bend bar samples. Similar measurements as in the case of monotonic deformation were made at several interruptions to fatigue loading. Observations from the cyclic loading such as slip features, carbide cracking, GND density accumulation have been explored around carbide particles, at regions away from them and near a grain boundary.
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Riljak, Stanislav. "Numerical simulation of shape rolling." Licentiate thesis, Stockholm, 2006. http://www.diva-portal.org/kth/theses/abstract.xsql?dbid=3963.
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Saai, Afaf. "Modèle physique de la plasticité d'un cristal métallique CFC soumis à des chargements alternés : contribution à la définition d'une modélisation multiéchelles de la mise en forme des métaux." Phd thesis, Chambéry, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00335219.
Анотація:
Les opérations de mise en forme (particulièrement l'emboutissage) font subir au métal des chargements alternés avec de grandes amplitudes de déformation, le plus souvent suivis de changements de trajets. Une simulation numérique de ces opérations nécessite l'utilisation d'un modèle du comportement qui puisse rendre compte efficacement des trajets de chargements complexes. Cette thèse est une contribution à l'établissement d'un modèle de comportement plastique destiné à être utilisé pour la simulation numérique des opérations de mise en forme. Le parti a été pris de recourir à un modèle micromécanique dont les variables sont des paramètres micro-structuraux intrinsèques comme les densités de dislocations et leurs distributions sur chaque système de glissement. Le modèle traite des chargements alternés dans un cadre physique unifié défini pour l'ensemble des équations constitutives décrivant l'écrouissage.
Au-delà de l'intérêt de définir un modèle particulier, ce travail apporte une contribution à la mise en œuvre des différentes étapes qui doivent conduire à son utilisation dans une simulation numérique macroscopique. Il s'agit de définir un protocole reproductible, plutôt indépendant du modèle considéré et exploitable pour d'autres modélisations. En particulier, des protocoles expérimentaux sont définis pour produire des données dans des conditions reproductibles. Des moyens de caractérisation récents comme l'analyse d'images dans les domaines visible et infrarouge sont utilisés pour étudier la réponse expérimentale thermomécanique de différents échantillons à caractère fortement cristallin. Ensuite, l'implantation du modèle dans un code éléments finis commercial permet d'envisager des simulations complexes qui, si elles ne s'adressent pas actuellement à des opérations d'emboutissage, comportent toutefois les ingrédients pour les traiter.
Ce travail, à l'interface de nombreux champs disciplinaires, apporte donc une contribution au développement des modèles de comportement plastique des matériaux métalliques qui porte sur l'ensemble des briques nécessaires au développement de simulations numériques utilisant des modèles à caractère physique.
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Christiaen, Benjamin. "Modélisation multi-échelle de la déformation d’alliage de zirconium sous irradiation." Thesis, Lille 1, 2018. http://www.theses.fr/2018LIL1R008/document.
Анотація:
Les alliages de zirconium sont utilisés pour fabriquer des gaines de combustible ainsi que des assemblages combustibles des réacteurs nucléaires à eau sous pression. Sous irradiation, ils montrent un changement dimensionnel communément appelé croissance. Des observations expérimentales ont montré qu'au-dessus d'une dose seuil, ces alliages sont sujets à une croissance accélérée appelée "breakaway". Il a été bien établi que la formation sous irradiation de boucles de dislocation ‹a› et ‹c› est directement responsables de la croissance des alliages de zirconium sous irradiation et que l’apparition des boucles ‹c› est corrélée avec cette accélération de croissance. Cependant, les mécanismes de germination des boucles qui semblent influencés par la présence d’éléments d’alliage sont encore mal compris. Afin d'améliorer notre compréhension des mécanismes élémentaires, une approche multi-échelle a été utilisée pour simuler l'évolution de la microstructure du zirconium sous irradiation. Des calculs à l’échelle atomique basés sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) et sur des potentiels empiriques sont utilisés dans un premier temps pour déterminer les propriétés des amas de défauts ponctuels (boucles de dislocation, cavités, pyramides de fautes d’empilement). Les résultats obtenus sont ensuite insérés en tant que paramètres d'entrée dans un code Monte Carlo cinétique d'objet (OKMC) qui nous permet de simuler l’évolution de la microstructure du matériau sous irradiation, et donc de prédire la croissance. Nos résultats montrent qu’il est nécessaire de considérer une migration anisotrope de la lacune pour prédire l’accélération de croissanceZirconium alloys are used to manufacture fuel cladding as well as fuel assemblies of pressurized water nuclear reactors. Under irradiation, they show a dimensional change commonly called growth. Experimental observations have shown that above a threshold dose, these alloys are subject to accelerated growth called "breakaway". It has been well established that the irradiation formation of and dislocation loops is directly responsible for the growth of irradiated zirconium alloys and that the appearance of loops is correlated with this growth acceleration. However, the nucleation mechanisms of the loops that seem to be influenced by the presence of alloying elements are still poorly understood. In order to improve our understanding, a multi-scale modelling approach has been used to simulate the evolution of zirconium microstructure under irradiation. Atomic-scale calculations based on the density functional theory (DFT) and empirical potentials are used to determine the properties of clusters of point defects (dislocation loops, cavities, pyramids of stacking faults). The results obtained are then used as input parameters of an object kinetic Monte Carlo (OKMC) code which allows us to simulate the microstructure evolution of the material under irradiation. Our results show that it is necessary to consider an anisotropic migration of the vacancies to predict the growth acceleration
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Whitt, Harrison Collin. "Creep and Creep-fatigue Deformation Studies in 22V and P91 Creep-strength EnhancedFerritic Steels." The Ohio State University, 2019. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=osu1555603135480185.
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Warren, Andrew. "X-ray Scattering Investigations of Metallic Thin Films." Doctoral diss., University of Central Florida, 2013. http://digital.library.ucf.edu/cdm/ref/collection/ETD/id/5721.
Анотація:
Nanometric thin films are used widely throughout various industries and for various applications. Metallic thin films, specifically, are relied upon extensively in the microelectronics industry, among others. For example, alloy thin films are being investigated for CMOS applications, tungsten films find uses as contacts and diffusion barriers, and copper is used often as interconnect material. Appropriate metrology methods must therefore be used to characterize the physical properties of these films. X-ray scattering experiments are well suited for the investigation of nano-scaled systems, and are the focus of this doctoral dissertation. Emphasis is placed on (1) phase identification of polycrystalline thin films, (2) the evaluation of the grain size and microstrain of metallic thin films by line profile analysis, and (3) the study of morphological evolution in solid/solid interfaces. To illustrate the continued relevance of x-ray diffraction for phase identification of simple binary alloy systems, Pt-Ru thin films, spanning the compositional range from pure Pt to pure Ru were investigated. In these experiments, a meta-stable extension of the HCP phase is observed in which the steepest change in the electronic work function coincides with a rapid change in the c/a ratio of the HCP phase. For grain size and microstrain analysis, established line profile methods are discussed in terms of Cu and W thin film analysis. Grain sizes obtained by x-ray diffraction are compared to transmission electron microscopy based analyses. Significant discrepancies between x-ray and electron microscopy are attributed to sub-grain misorientations arising from dislocation core spreading at the film/substrate interface. A novel "residual" full width half max parameter is introduced for examining the contribution of strain to x-ray peak broadening. The residual width is subsequently used to propose an empirical method of line profile analysis for thin films on substrates. X-ray reflectivity was used to study the evolution of interface roughness with annealing for a series of Cu thin films that were encapsulated in both SiO2 and Ta/SiO2. While all samples follow similar growth dynamics, notable differences in the roughness evolution with high temperature ex-situ annealing were observed. The annealing resulted in a smoothing of only one interface for the SiO2 encapsulated films, while neither interface of the Ta/SiO2 encapsulated films evolved significantly. The fact that only the upper Cu/SiO2 interface evolves is attributed to mechanical pinning of the lower interface to the rigid substrate. The lack of evolution of the Cu/Ta/SiO2 interface is consistent with the lower diffusivity expected of Cu in a Cu/Ta interface as compared to that in a Cu/SiO2 interface. The smoothing of the upper Cu/SiO2 interface qualitatively follows that expected for capillarity driven surface diffusion but with notable quantitative deviation.Ph.D.
Doctorate
Materials Science Engineering
Engineering and Computer Science
Materials Science and Engineering