応力場

応力場とは、物体の内部の力の分布であり、与えられた一連の外力とバランスをとります。応力場は、流体力学や材料科学で広く使用されています。応力場は、結晶に原子の半平面を追加することによって生成される応力として考えることができます。結合は明らかに転位の位置の周囲で引き伸ばされており、この引き伸ばしによって応力場が形成されます。転位中心から遠く離れるほど原子結合の引き伸ばしは少なくなるため、応力場は転位中心からの距離が増加するにつれて消散します。材料内の各転位には、関連する応力場があります。これらの応力場の生成は、材料がそれに及ぼされている機械的エネルギーを消散させようとする結果です。慣例により、これらの転位は、転位の応力場が主に圧縮であるか引張であるかに応じて、正または負のいずれかとしてラベル付けされます。

転位とその応力場を正電荷 (圧縮場) または負電荷 (引張場) としてモデル化することで、格子内で転位が互いにどのように相互作用するかを理解できます。 2 つの同じ場が接触すると、それらは互いに反発します。 一方、2 つの反対の電荷が接触すると、それらは互いに引き付けられます。 これら 2 つの相互作用は、どちらも異なる方法で材料を強化します。 2 つの等価の電荷を持つ場が接触し、特定の領域に限定されると、転位が互いを通過するのに必要な反発力を克服するために過度の力が必要になります。 2 つの反対の電荷を持つ場が接触すると、それらは互いに結合してジョグを形成します。 ジョグは、転位をトラップするポテンシャル井戸としてモデル化できます。 したがって、転位を引き離すには過度の力が必要になります。 転位の動きは塑性変形の背後にある主要なメカニズムであるため、転位を移動させるために必要な応力を増加させると、材料の降伏強度が直接増加します。

応力場の理論は、材料のさまざまな強化メカニズムに適用できます。応力場は、異なるサイズの原子を格子に追加することで作成できます (溶質強化)。格子に小さい原子を追加すると、引張応力場が作成されます。溶質原子の半径が小さいため、原子結合は長くなります。同様に、格子に大きな原子を追加すると、圧縮応力場が作成されます。溶質原子の半径が大きいため、原子結合は短くなります。溶質原子を追加することで作成された応力場は、合金で発生する材料強化プロセスの基礎となります。

• アルノ・ザング、オーヴェ・ステファンソン、地球の地殻の応力場、シュプリンガー、2010年。第1章、はじめに、1ページ