Abstract In this work, the crack tip fields in the neighborhood of a stationary mode I crack in a hardening Cu single crystal, under tensile load was investigated. A modified boundary layer (MBL) simulation was performed with the implementation of Bassani and Wu (1991) hardening model while taking into account the crystal elastic anisotropy. The effect of latent hardening ratio (LHR) on the stress and strain fields was studied by considering three different values of LHR, q, viz. diagonal hardening ( q = 0 ) and latent hardening ( q = 1,1.4 ). In addition, the effect of crack tip constraint representing different test specimens and load conditions was examined with the inclusion of T-stress through the imposed displacement boundary condition. Important observations from this work include the suppression of kink band, presence of elastic sectors, and the occurrence of triple slip near the crack tip. The increase of T-stress suppressed the plastic strain accumulation and showed a decrease in the number of triple slip sectors near the crack tip. Whereas, the increase in q made the triple slip regions slightly prominent with wider angular spread for non-negative T. But, for negative T case, rise in q caused a suppression in the angular spread of triple slip regions. Also, the implementation of T-stress allowed for a correlation between full 3D and 2D plane strain simulations in the analysis of crack tip fields for hardening single crystals. The present study offers a comprehensive investigation of the effect of crack tip constraint and latent hardening ratio on the crack tip fields for hardening FCC single crystals.

中文翻译：

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约束和潜在硬化比对硬化 FCC 单晶裂纹尖端周围塑性流动的影响

摘要 在这项工作中，研究了在拉伸载荷下硬化 Cu 单晶中稳态 I 型裂纹附近的裂纹尖端场。使用 Bassani 和 Wu (1991) 硬化模型进行了修正边界层 (MBL) 模拟，同时考虑了晶体弹性各向异性。通过考虑三个不同的 LHR、q 值，研究了潜在硬化比 (LHR) 对应力和应变场的影响。对角线硬化 ( q = 0 ) 和潜在硬化 ( q = 1,1.4 )。此外，通过施加位移边界条件，通过包含 T 应力，检验了代表不同试样和载荷条件的裂纹尖端约束的影响。这项工作的重要观察结果包括扭结带的抑制、弹性部门的存在、并在裂纹尖端附近发生三重滑移。T 应力的增加抑制了塑性应变的积累，并显示裂纹尖端附近的三重滑移扇区数量减少。然而，q 的增加使得三重滑移区域略微突出，非负 T 的角扩展更宽。但是，对于负 T 情况，q 的增加导致三重滑移区域角扩展的抑制。此外，T 应力的实施允许在用于硬化单晶的裂纹尖端场分析中的完整 3D 和 2D 平面应变模拟之间存在相关性。本研究对裂纹尖端约束和潜在硬化率对硬化 FCC 单晶的裂纹尖端场的影响进行了全面调查。T 应力的增加抑制了塑性应变的积累，并显示裂纹尖端附近的三重滑移扇区数量减少。然而，q 的增加使得三重滑移区域略微突出，非负 T 的角扩展更宽。但是，对于负 T 情况，q 的增加导致三重滑移区域角扩展的抑制。此外，T 应力的实施允许在用于硬化单晶的裂纹尖端场分析中的完整 3D 和 2D 平面应变模拟之间存在相关性。本研究对裂纹尖端约束和潜在硬化率对硬化 FCC 单晶的裂纹尖端场的影响进行了全面调查。T 应力的增加抑制了塑性应变的积累，并显示裂纹尖端附近的三重滑移扇区数量减少。然而，q 的增加使得三重滑移区域略微突出，非负 T 的角扩展更宽。但是，对于负 T 情况，q 的增加导致三重滑移区域角扩展的抑制。此外，T 应力的实施允许在用于硬化单晶的裂纹尖端场分析中的完整 3D 和 2D 平面应变模拟之间存在相关性。本研究对裂纹尖端约束和潜在硬化率对硬化 FCC 单晶的裂纹尖端场的影响进行了全面调查。q 的增加使三重滑移区域略微突出，非负 T 的角扩展更宽。但是，对于负 T 情况，q 的增加导致三重滑移区域的角扩展受到抑制。此外，T 应力的实施允许在用于硬化单晶的裂纹尖端场分析中的完整 3D 和 2D 平面应变模拟之间存在相关性。本研究对裂纹尖端约束和潜在硬化率对硬化 FCC 单晶的裂纹尖端场的影响进行了全面调查。q 的增加使三重滑移区域略微突出，非负 T 的角扩展更宽。但是，对于负 T 情况，q 的增加导致三重滑移区域的角扩展受到抑制。此外，T 应力的实施允许在用于硬化单晶的裂纹尖端场分析中的完整 3D 和 2D 平面应变模拟之间存在相关性。本研究对裂纹尖端约束和潜在硬化率对硬化 FCC 单晶的裂纹尖端场的影响进行了全面调查。T 应力的实施允许在用于硬化单晶的裂纹尖端场分析中的完整 3D 和 2D 平面应变模拟之间存在相关性。本研究对裂纹尖端约束和潜在硬化率对硬化 FCC 单晶的裂纹尖端场的影响进行了全面调查。T 应力的实施允许在用于硬化单晶的裂纹尖端场分析中的完整 3D 和 2D 平面应变模拟之间存在相关性。本研究对裂纹尖端约束和潜在硬化率对硬化 FCC 单晶的裂纹尖端场的影响进行了全面调查。