【哈工大（深圳）宣】（理学院 文/图）近日，英国皇家工程院院士、哈工大深圳校区理学院教授Esteban Busso与哈工大深圳校区理学院助理教授凌超团队在晶体塑性研究领域取得新进展，构建了一种基于连续位错密度场的大变形晶体塑性理论框架，并完成相应有限元开发和应用。相关研究成果以“A Novel Continuum Dislocation Density Field-Based Crystal Plasticity Theory”（《一个基于连续位错密度场的晶体塑性新理论》)为题发表于固体力学顶级期刊Journal of the Mechanics and Physics of Solids。

准确预测单晶材料的非弹性变形行为是材料科学和材料力学中长期存在的挑战，如何更好地将材料宏观应力-应变行为与变形过程中的如位错结构变化等微观结构演化联系起来，是一项重要研究课题。

研究团队基于连续位错密度场构建了一种依托于大变形位错密度场的晶体塑性新理论框架，并将其应用到有限元方法中。其主要特征包括：以尺度上推后的位错密度矢量场描述位错特征；以统一的控制方程描述总位错密度、GND和SSD；位错密度演化方程的推导基于经典的输运守恒规律和位错速度矢量的旋度，每个位错密度演化方程由三部分组成，即描述滑移的位错滑移项、面内的位错旋转项，以及描述SSD相互作用（增值/湮灭）和动态回复的位错源/汇项。同时，团队完成了相应大变形的有限元软件开发。

团队成功将这一理论应用于经典边值问题的案例研究，即一维和二维位错堆积问题和简单剪切条件下单晶金属的变形。这些典型案例是研究多晶晶界或多层微结构界面处存在的实际局部条件的代表性问题。案例研究表明，当位错堆积或边界层随着变形演化时，会产生相应的GND位错，从而导致具有尺寸效应的宏观力学响应。案例研究还表明，在不考虑SSD的源或汇的情况下，堆积问题中的位错数量是守恒的，符合实际的物理基本假设。该理论框架在研究一维位错堆积和单晶简单剪切问题时，能够得到与参考文献一致的结果，从而验证了理论及其数值实现的合理性和准确性。这一最新研究结果为复杂材料的大塑性变形行为研究提供了新的理论和方法支撑。

论文第一作者为理学院博士研究生阮启超，Esteban Busso、凌超为共同通讯作者。理学院博士研究生范张晨是第三作者，理学院教授李东风参与研究工作。哈工大深圳校区为第一完成单位。该研究得到国家自然科学基金、深圳市重点实验室筹建启动项目、深圳市战略性新兴产业发展扶持计划等项目的支持。（编辑 吴锐婵 审核 张惠屏 李晓慧）

演化方程中旋转项对GND位错密度分布场的影响

该研究预测结果与参考文献解对比