In situ characterisation of slip bands behaviour in ferrite under mechanical loading
本研究通过HR-EBSD原位表征时效硬化不锈钢中铁素体滑移带的位错行为，发现其主要由刃型位错组成，且不可动位错维持几何畸变。
2024-08-20 cond-mat.mtrl-sci
Tensile deformation and fracture mechanisms of Cu/Nb nanolaminates studied by in situ TEM mechanical tests
利用TEM原位力学测试分析了累积叠轧复合法制备的Cu/Nb纳米叠层的变形和破坏机理。狗骨小规模拉伸试样的制备使用基于纤维束的技术与层平行和垂直于加载轴。在原位TEM力学测试期间记录载荷、变形和TEM显微照片。平行于层间方向变形的试样表现出很高的应变硬化和塑性，而垂直于层间方向变形的试样则表现出更高的脆性。根据试验过程中观察到的变形和断裂机制，这些结果是合理的。
2018-10-21 cond-mat.mtrl-sci
Microscale deformation of intermetallic-Mg interface under shear loading
本研究提出一种新型微剪切几何结构，用于测试Mg-Al-Ca合金中CaMg2-Mg界面的剪切强度，通过有限元优化试样尺寸，原位测试测得强度约136 MPa，并观察到室温下的延性变形。
2024-12-17 cond-mat.mtrl-sci
Combined coherent x-ray micro-diffraction and local mechanical loading on copper nanocrystals
相干X射线微衍射和局部机械加载可以结合起来研究晶体纳米结构中的机械变形。在这里，我们提出的测量塑性形变在亚微米尺寸的铜晶体通过加载样品与原子力显微镜尖端。衍射图案中尖锐特征的出现，同时保持其整体形状，归因于尖端引起的晶体缺陷。
2013-05-30 cond-mat.mtrl-sci
In Situ Imaging of Parachute Textile Micro-Mechanics Under Tensile Load
本研究利用原位X射线显微断层成像技术探究两种常用降落伞尼龙织物的拉伸微观力学，通过学习辅助分割追踪丝束特性，揭示织物结构与细观力学的关联及预张力的影响，量化孔隙率变化并验证孔隙张开几何模型。
2024-08-14 cond-mat.mtrl-sci
Formation of Microcrystalline Structure in Large-Scale Ingots of Ti Alloy Ti-6Al-4V during the Complex Loading
提出了一种新的α-β钛合金Ti-6Al-4V大型锭料的复合加载方法，该方法包括在α-β温度场中对锭料进行扭转和拉伸变形，然后进行一次压缩和拉伸，锭料的规格直径为120 mm，长度为300 mm。在变形和变形后加热后进行铸锭组织和机械性能评价。铸锭具有完全均匀的宏观组织。铸锭的微观结构是α加β，平均晶粒尺寸为d=10 μ m。在铸锭的截面中，中心区域和外围区域的显微组织没有任何显著差异。
2011-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Deformation behaviour of body centered cubic iron nanopillars containing coherent twin boundaries
采用分子动力学模拟研究了孪晶界对体心立方铁纳米柱形变行为的影响。垂直于加载方向引入了从1到5个不等的孪晶界，提供8.5 - 2.8 nm范围内的孪晶界间距。模拟结果表明，体心立方铁中孪晶界在拉伸和压缩变形过程中起着不同的作用。在拉伸变形过程中，观察到一个大的降低屈服应力相比，完美的纳米柱在孪生纳米柱。然而，屈服应力仅表现出边际变化相对于孪晶界间距。相反，在压缩变形过程中，屈服应力随着孪晶界间距的增加而降低。这种对比行为源于屈服和随后的塑性形变过程中的操作机制的差异。已经观察到，拉伸载荷下的变形主要由孪晶生长机制主导，由于孪晶界提供了一个可以忽略不计的阻力，孪晶部分的滑移。这反映在屈服应力作为孪晶界间距的函数的变化可以忽略不计。另一方面，在压缩载荷下，变形主要是由全位错的形核和滑移。孪晶界提供了一个强大的排斥力，导致在屈服应力依赖于孪晶界间距的全位错。此外，已经观察到弯曲的孪晶界可以作为全位错的源。对拉伸变形过程中孪晶间相互作用和压缩变形过程中位错与孪晶间相互作用的发生进行了讨论。
2016-11-17 cond-mat.mtrl-sci
The effect of δ-hydride on the micromechanical deformation of Zircaloy-4 studied by in situ high angular resolution electron backscatter diffraction
锆-4合金广泛用作核燃料包壳材料，氢化物脆化是其主要失效机制。为探讨δ-氢化物对Zr-4合金塑性形变和性能的影响，采用原位高角分辨率电子背散射衍射（HR-EBSD）技术对无氢化物和含氢化物的Zr-4合金单晶微悬臂梁弯曲试验过程中的应力和几何必需位错密度进行了定量分析。结果表明，虽然施加的应力是由塑性滑移在无晶界的悬臂梁，含晶界的悬臂梁表现出沉淀诱导的GND堆积在晶界-基体界面预变形，并在塑性形变的拉伸应力下，相当大的局部增加GND密度。
2019-03-27 cond-mat.mtrl-sci
In-situ synchrotron based high energy X-ray diffraction study of the deformation mechanism of δ-hydride in a commercially pure titanium
采用原位高能X射线衍射方法研究了2级工业纯钛充氢后的形变行为。结果表明，衍射峰的展宽是由于相变引起的体积膨胀在晶界内和晶界附近产生了高的内应力和相间应力。第二相具有典型的高强度但脆性的第二相行为，它比基体承担更大的弹性应变，是裂纹最先产生的位置。有趣的是，δ-ε比基体承受更大的应变，特别是在基体屈服后。对纯钛中氢化物变形机制的研究提供了对钛和锆中氢化物变形行为和氢脆的深入了解。
2022-01-25 cond-mat.mtrl-sci
Effects of disorder on deformation and failure of brittle porous materials
本文用近场动力学研究无序对脆性多孔材料变形破坏的影响，发现结构无序在准静态下显著影响刚度、强度和韧性，但在动态加载下作用减弱。
2023-03-27 cond-mat.mtrl-sci
Understanding plasticity in zirconium using in-situ measurement of lattice rotations
了解多晶金属的变形对于将其用于高价值高风险应用至关重要。我们提出了原位表征的塑性形变的锆，六方密堆积（HCP），金属。塑性形变的分析是使用电子背散射衍射（EBSD）来揭示晶格取向的变化。通过TrueEBSD的实现，我们可以将晶格旋转关联回未变形的参考系。这使我们能够探索哪些滑移系是活跃的，以及均匀（即相对于外部载荷的变形）和非均匀（即相对于局部晶粒邻域的变形）的程度。此外，从我们的分析中，我们注意到，晶格旋转一致的一个显着的分数<a>金字塔slip.These结果放置在上下文中的变形和性能的HCP合金和锆合金用作核燃料包壳。
2019-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Anomalous compliance and early yielding of nanoporous gold
我们提出了一个研究的弹性和塑性行为的纳米多孔金在压缩，侧重于分子动力学模拟和检查的实验数据进行验证。这两种方法都同意在变形的早期阶段具有非常高的弹性顺应性，即使在最小的载荷下也会出现准立即塑性屈服。在第一次加载之前，材料已经在毛细力的作用下经历自发的塑性形变，不需要外部载荷。压缩载荷下的塑性形变伴随着位错储存和位错相互作用，伴随着强烈的应变硬化。我们的结果不支持位错饥饿的情况。在变形过程中，刚度增加，但从来没有接近预测的相关Gibson-Ashby标度律。微观结构的无序影响的塑性形变行为和表面过剩的弹性可能会修改弹性响应，但我们涉及到的异常遵守和立即屈服发病的原子起源：大的表面引起的预应力诱导弹性剪切，使某些地区的材料接近广义层错能曲线的剪切不稳定性。这些区域是弹性高顺应性和塑性弱的。
2015-05-22 cond-mat.mtrl-sci
Competing Mechanisms between Dislocation and Phase Transformation in Plastic Deformation of Single Crystalline Yttria-Stabilized Tetragonal Zirconia Nanopillars
采用分子动力学方法研究了单晶氧化钇稳定的四氧化锆纳米柱在单轴压缩下的塑性形变机制。模拟结果表明，YSTZ的纳米级塑性形变强烈依赖于氧化锆纳米柱的晶体取向。在某些特定的加载方向上，首次通过分子动力学模拟再现了实验探索的四斜晶系到单斜晶系的相变。当沿不同方向施加压缩载荷时，确定了位错、相变以及位错和相变的组合的三种不同机制。氧化锆纳米柱的强度表现出依赖于失效机制的敏感行为，使得位错介导的变形导致最低强度，而相变主导的变形导致最高强度。
2016-07-11 cond-mat.mtrl-sci
In-situ study of rules of nanostructure evolution, severe plastic deformations, and friction under high pressure
本研究引入粗糙金刚石压砧实现高压原位观测，发现严重预变形Zr的屈服强度与纳米结构参数在ω相下达到与压力、应变及路径无关的稳态，而α相稳态因压砧粗糙度不同而异，对塑性理论提出挑战。
2023-05-27 cond-mat.mtrl-sci
Temperature and high strain rate dependence of tensile deformation behavior in single crystal iron from dislocation dynamics simulations
我们进行位错动力学（DD）模拟铁周期单晶拉伸载荷下在几个高应变率和温度。模拟使最近发展的温度依赖的位错迁移率关系从原子计算。在模拟中的塑性演化是由快速的初始位错增殖，其次是饱和的流动应力时，缓慢的塑性载体的亚群变得稳定的位错湮灭。在500 K以上，刃型位错与螺型位错共存，对流变应力的贡献成正比。DD模拟被用来解释冲击加载实验在铁方面的相对重要性，不同的强化机制。我们发现，在$10^4$ -$10^6$的$^{-1}$应变速率制度，加工硬化解释了冲击加载的大块铁晶体的硬化。
2013-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Characterization of Surface Deformation Behavior, Mechanical and Physical Properties of Modified-clay Bricks
由于人口增长，对建筑材料的需求不断增加。压实粘土砖是一种重要的整体建筑材料，特别是低成本耐用和负担得起的住房部分。这是一种有价值的建筑材料，因为它的性能可以修改，以适应各种负载条件。本文测定了不同比例锯末和聚苯乙烯改性粘土砖的力学和物理性能。随着非粘土材料掺量的增加，改性粘土砖的孔隙率和吸水率增加，体积密度、抗压强度和抗折强度降低。利用粒子图像测速技术（PIV）对改性粘土砖在单轴压缩荷载作用下的表面变形行为进行了研究。通过PIV方法评估的表面变形的分布是相对均匀的纯粘土砖，而改性粘土砖表示在低应变的加载点附近局部化的不均匀变形。随着破坏点的接近，变形分布逐渐扩展.
2016-10-26 cond-mat.mtrl-sci
Fatigue Deformation of Polycrystalline Cu Using Molecular Dynamics Simulations
采用分子动力学（MD）模拟方法研究了晶粒尺寸为5.4 nm的多晶Cu的疲劳变形行为。采用Voronoi算法制备了具有随机晶粒取向的样品。疲劳模拟是通过采用完全反向的、总应变控制的循环载荷进行的，应变幅度为$\pm4$ \%，持续10个循环。MD模拟结果表明，在循环载荷作用下的变形行为是由部分位错包围层错的滑移控制的。在较高的循环次数，晶界迁移导致粗化的较大晶粒的代价较小的晶粒已被观察到。讨论了循环应力-应变行为、变形机制和位错密度随循环变形的变化规律。
2016-11-08 cond-mat.mtrl-sci
In situ monitoring of plastic deformation using ultrasound
超声波作为一种非破坏性的工具，长期以来一直被用来测试材料的脆性断裂。它是否可以用作类似的工具来测试延性破坏？本研究报告的剪切波的速度，$v_T$，在铝在标准测试条件下在两个不同的位置上相同的样品，作为应力的函数的本地测量结果。在屈服应力下，$v_T$有明显变化，与位错增殖一致。这种测量提供了位错密度和外加应力之间的定量、连续关系。
2015-08-10 cond-mat.mtrl-sci
Prediction of ideal orientations in velocity gradient-driven processes for large plastic deformations of crystals
Université Sorbonne-Paris-Nord（巴黎索邦大学）；FEMTO-ST, Université Marie et Louis Pasteur（玛丽和路易·巴斯德大学）；IMAR, Romanian Academy（罗马尼亚科学院）
本文提出了一种简化模型，通过线性稳定性分析预测大塑性变形中晶体的理想取向和最终织构。
2025-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Loading-unloading contact law for micro-crystalline cellulose particles under large deformations
提出了微晶纤维素（Avicel PH-200）颗粒的半经验机械接触定律，并利用单颗粒径向压缩获得的力-位移曲线进行了实验表征。首先对弹性椭球体颗粒引入形状因子和主接触律的概念，然后将其推广到塑性不规则颗粒。所提出的加载-卸载接触定律是三个特征直径（近似椭球的主轴的长度）、与加载条件相关联的几何参数、三个塑性材料特性和一个弹性材料特性的函数。使用微压缩试验机获得的力-位移曲线表现出明显的应变硬化在明显不同的应变值，这是捕获的形状因子函数和它的几何参数。三种塑性材料的性质是由加载实验曲线估计的对数正态分布，而弹性性质是由卸载实验曲线估计的。研究表明，校准的加载-卸载接触定律的预测值和实验值之间有很好的一致性。
2018-12-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Micron-scale deformation: a coupled in-situ study of strain bursts and acoustic emission
微米级晶体材料的塑性形变与块体材料有很大的不同，因为它的特征是随机应变突发。为了获得关于这种随机现象的详细图片，已经制造了微米尺寸的柱并在SEM的腔室中压缩。提出了一种改进的FIB制备方法，以获得非锥形微柱，并最大限度地控制其形状。开发的原位压缩装置允许高精度的样品定位和力/位移测量，具有高数据采样率。位错的集体雪崩式运动出现在应力-应变曲线上的应力下降。为了证实这些应力下降与位错活动直接相关，而不是与一些其他效应相关，在样品下安装了声发射换能器，以记录Al-5 Mg微柱的应变控制压缩测试期间发射的声活动。应力降和声发射信号之间的相关性表明，确实位错雪崩是负责的随机特性的变形过程。
2019-09-03 cond-mat.mtrl-sci
On a dislocation density based two-phase plasticity model: refinement and extension to non-proportional loading
Estrin等人（1998）的两相复合方法描述了一种演变的位错胞结构。McKenzie等人（2007年）增强了该模型，以捕捉严重塑性形变期间流体静压力和温度的影响。本研究的目标是将该微观结构模型纳入Shutov和Kreißig（2008 a）提出的宏观粘塑性框架中。因此，两个阶段的复合材料的方法进行了仔细检查。物理和数值的缺点，揭示和可能的解决方案，从而导致一个精致的微观模型。此外，还提出了可靠参数辨识的一些改进措施。使用TEM单元尺寸测量确定铝合金的细化微观模型的材料参数。然后，扩展到非比例变形进行这样一种方式，位错密度的演变变得敏感的负载路径的变化。实验结果表明，这种变形模式可以显着影响微观结构的演变，包括溶解的细胞和总位错密度的减少后不久，负载路径的变化。为了捕捉这些影响，一些张量值的状态变量被引入耦合精细的微观模型与宏观粘塑性模型。由此得到了一个新的本构方程组。为了证明其响应载荷路径变化的能力，考虑了等通道转角挤压（ECAP）的典型载荷情况。所获得的位错种群的演变显着不同，这取决于ECAP路线的应用。
2013-03-07 cond-mat.mtrl-sci
Heterogeneous local plastic deformation of interstitial free steel revealed using in-situ tensile testing and high angular resolution electron backscatter diffraction
金属是运输和建筑环境的重要结构材料。由于间隙溶质原子（如碳和氮）与可动位错相互作用，低碳钢可以通过应变局部化失效，这引起了Portevin-Le Chatelier效应和Luders带的形成。在这项工作中，我们使用高角分辨率电子背散射衍射（HR-EBSD）的原位拉伸测试和观察，探讨在两个无间隙原子（IF）钢样品的变形图案。其中一种钢经过热处理以触发应变局部化和Luders带，而另一种钢经过热处理以均匀化塑性应变并限制流动局部化。我们的工作表明，在宏观尺度上的流动局部化是密切相关的差异存储的位错在微观尺度上通过分析的HR-EBSD导出的存储几何必要的位错（GNDs）领域。均匀塑性流动与这些体心立方（BCC）材料中更多的“面心立方（FCC）样”变形模式相关，其中加工硬化与位错网络的关联相关，位错网络与三重连接和晶界相互作用，我们的原位测试使我们能够看到这些领域的发展。我们的研究结果使修改钢加工路线，和微观力学模型，从这些原位测试获得的信息的基础上。
2019-01-23 cond-mat.mtrl-sci
A Finite Strain Constitutive Model Considering Transformation Induced Plasticity for Shape Memory Alloys under Cyclic Loading
记忆合金（SMA）的许多工程应用涉及多次来回通过相变。重复相变产生永久变形，该永久变形源自相变在马氏体-马氏体界面和晶界处诱导的显著变形。这种变形驱动位错活动，导致可观察到的宏观相变诱导塑性（TRIP）变形，其发生在远低于材料塑性屈服极限的有效应力水平下。在SMA部件的使用寿命期间，TRIP应变可能累积高达20%，因此需要有限应变本构模型来模拟其响应。在这项工作中，一个3-D有限应变模型的基础上开发的对数应变，这是唯一的应变措施，其速率等于拉伸，描述相变和TRIP变形在一个物理一致的设置。该模型通过用户定义的材料子程序（UMAT）在Abaqus有限元软件中实现。边界值问题，如条和扭矩管下的伪弹性和驱动循环载荷进行测试的能力，新提出的模型。
2018-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Crystal plasticity analysis of deformation anisotropy of lamellar TiAl alloy: 3D microstructure-based modelling and in-situ micro-compression
详细的微观结构表征和原位微柱压缩耦合晶体塑性有限元模拟（CP-FEM），研究在层状TiAl合金的塑性各向异性的微观机制。在模拟和原位实验中的微观结构的考虑，使微观机制负责的高度各向异性的变形响应的TiAl层内和层间尺度上的深入理解。本文研究了γ/α_2层片组织的两种特殊结构，即γ/α_2界面与加载方向成{25}^o和{55}^o。基于微结构的CP-FEM分析表明，{25}^o微柱中的塑性各向异性主要是由超级位错和普通位错的滑移引起的，而{55}^o微柱中的塑性各向异性主要是由纵向超级位错和纵向孪晶引起的。此外，横向超位错更加活跃，使得{25}^o微柱中的变形比{55}^o微柱中的变形更少局部化。此外，CP-FEM模型成功地预测了γ/α_2界面处大量的内应力，这被认为是对TiAl的塑性有害的。然而，正如所证明的模型，有害的内应力可以显着缓解激活的横向变形孪晶，这表明，TiAl的塑性可以提高通过促进横向孪晶。
2019-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Prediction of Yield Surface of Single Crystal Copper from Discrete Dislocation Dynamics and Geometric Learning
本研究利用离散位错动力学模拟与几何流形学习，预测单晶铜屈服面，揭示不同加载方向下各向同性或潜在硬化行为及其位错机制。
2024-02-02 cond-mat.mtrl-sci
Study of the Mechanical Behavior of the Hydride Blister/Rim Structure in Zircaloy-4 using in-situ Synchrotron X-ray Diffraction
利用高能同步加速器X射线衍射研究了在材料一个表面附近具有氢化物边缘/气泡结构的Zircaloy-4材料中的f. c. $δ$ -氢化物相、具有六方C14 lave相的金属间沉淀物和$α$相在200 \si{\degreeCelsius}的原位单轴拉伸实验中的机械响应。f.c. c $δ$是在边缘/泡罩结构中观察到的唯一氢化物相。采用传统的Rietveld精化方法计算了三相的宏观应变等效响应。在施加的载荷与晶格应变测量中描绘了两个区域：线性弹性应变区域和表现出载荷分配的区域。通过von Mises分析定量负载分配。观察到这三相在200 \si{\degreeCelsius}下具有相似的弹性模量。
2015-11-14 cond-mat.mtrl-sci
In-situ electron backscatter diffraction of thermal cycling in a single grain Cu/Sn-3Ag-0.5Cu/Cu solder joint
采用原位热循环结合电子背散射衍射（EBSD）技术研究了Cu/SAC 305/Cu单焊点组织的非均匀演化。由于热膨胀失配导致的局部变形导致异质晶格旋转，朝向接头的拐角局部化并且朝向接头的中心减小。这种变形是由界面处的\b{eta} -Sn、Cu 6Sn 5和Cu之间的CTE的约束引起的。在变形过程中，亚晶的形成伴随着取向差的持续增加，这意味着在应变局部化区域塑性滑移的积累以及滑移系统（1-10）[111]/2和（11-0）[111]/2的激活。
2019-08-29 cond-mat.mtrl-sci
In-situ neutron diffraction during reversible deuterium loading in Ti-rich and Mn-substituted Ti(Fe,Mn)0.90 alloys
氢是一种高效的能源载体，可以从可再生能源中生产，从而实现向无二氧化碳能源的过渡。氢可以用合适的合金以固态储存很长一段时间。富Ti的TiFe 0.90化合物在第一次加氢时表现出温和的活化过程，而Ti（Fe，Mn）0.90替代合金可以导致平衡压力作为最终应用的函数的微调。本文用原位中子衍射法测定了TiFe（0.90-x）Mnx（x = 0，0.05和0.10）合金及其氘化物的晶体结构，同时记录了室温下的压力-成分等温线。本文旨在分析富Ti Ti（Fe，Mn）0.90合金中Mn替代Fe对可逆充氘过程中组织性能的影响，这一问题至今尚未得到解决，也很少有人探索。激活后，样品已被转移到定制的不锈钢和铝合金电池用于在ILL和ISIS中子设施的氘加载过程中，分别在原位中子衍射实验。该研究通过确定氘化过程中的体积膨胀，使人们对储氢、基本结构知识有了深刻的理解，并为用于储能系统中集成储氢罐的TiFe型合金的工业应用提供了支持。此外，该研究表明，不同含量的Mn不会显著改变相变期间的体积膨胀，仅影响γ相的氘含量和\b{eta}相的晶胞演化。研究证实，吸氘后的γ相、解吸后的\b{eta}和α相的氘代结构与S. G. Cmmm、P2221和Pm-3 m。
2022-11-23 cond-mat.mtrl-sci
Mechanical Amorphization of Glass-Forming Systems Induced by Oscillatory Deformation: The Energy Absorption and Efficiency Control
本研究通过分子动力学模拟揭示振荡变形诱导玻璃形成体系机械非晶化中效率与能量吸收的解耦，提出以熔化焓为能量势垒的普适度量，建立控制非晶化的预测框架。
2025-09-08 cond-mat.mtrl-sci
In-situ Analysis of the Effect of Residual fcc Phase and Special Grain Boundaries on the Deformation Dynamics in Pure Cobalt
本研究通过原位声发射与非原位扫描电镜结合，发现残余fcc相和特殊71°晶界显著提升纯钴的可变形性和强度，其效应可超越晶粒尺寸，为晶界工程优化提供新途径。
2024-07-20 cond-mat.mtrl-sci
Structural relaxation of porous glasses due to internal stresses and deformation under tensile loading at constant pressure
利用分子动力学模拟研究了常压下非晶态固体的孔径分布和力学性能随时间的演化。多孔玻璃最初是在恒定体积条件下通过从液态到玻璃态区域的快速热淬火并允许同时发生相分离和材料固化来制备的。我们发现，在恒定的压力和低温下，多孔网络变得更加紧凑和玻璃系统搬迁到逐步降低的势能水平。虽然玻璃的弹性模量和平均密度都随等待时间的增加而增加，但它们的依赖性由具有相同指数的幂律函数描述。此外，数值模拟的结果表明，在恒定压力下的拉伸载荷下，低密度的多孔样品变得显着变形，并打破成单独的域在高应变，而致密的玻璃形成一个几乎均匀的固体材料。
2018-08-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
In situ nonlinear Rayleigh wave technique to characterize the tensile plastic deformation of stainless steel 316L
声非线性参数β对位错参数敏感，位错参数在塑性形变过程中连续变化。结构/部件中基于位错的损伤是失效的根源;因此，β已被研究为非破坏性评估的度量。这项工作包括两个部分：在现场的非线性瑞利波测量的实验装置的发展，和表征的β对施加的应力在不同水平的初始塑性应变的依赖。首先，我们介绍了一个可重复的原位非线性超声测量的实验装置和方法。详细介绍了设计考虑和测量方案。在第二部分中，在增量单调拉伸试验期间原位测量β。在弹性形变过程中，测得的β随塑性应变单调减小，但对外加应力相对不敏感。这一结果突出了三个方面的β的演变，这还没有得到足够的强调，在以前的工作：在弹性形变过程中所施加的应力β的明显不敏感性，降低β与塑性形变，和饱和的β。我们将β降低的趋势归因于在塑性形变过程中β随塑性环长度的缩放，这取决于初始微观结构。β在1.8%的饱和度与位错结构的平面到波浪形的过渡相吻合。在这项工作中提出的原位非线性超声实验方法是显着的，因为原位结果可以提供更广泛的见解β和位错为基础的损伤演化比非原位测量单独。
2022-04-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Microscopic imaging of elastic deformation in diamond via in-situ stress tensor sensors
在纳米尺度上精确测量机械应力具有重要的基础和技术意义。原则上，应力张量的所有六个独立变量，描述了固体中压缩/拉伸和剪切应力的方向和大小，可以用来调整或增强材料和设备的性能。然而，现有的技术来探测局部应力通常不能测量整个应力张量。在这里，我们利用金刚石（氮空位缺陷）中原子大小的原位应变传感器的集合来实现全应力张量的空间映射，具有亚微米的空间分辨率和1 MPa的量级的灵敏度（对应于小于$10^{-6}$的应变）。为了说明该技术的有效性和多功能性，我们将其应用到广泛的实验情况，包括映射由局部植入损伤，纳米压痕和划痕引起的弹性应力。此外，我们观察到令人惊讶的大应力贡献的功能电子器件上制造的金刚石，也表明与金刚石接触的材料的变形的敏感性。我们的技术可以使在各种刺激下的金刚石纳米结构的机械响应的原位测量，与基于金刚石的量子技术的应变工程和在芯片上的质谱纳米机械传感的潜在应用。
2018-12-04 cond-mat.mtrl-sci
In situ measurement of electrical resistivity evolution during dynamic compression of copper
提出利用分离式霍普金森压杆原位测量T2铜动态压缩中电阻率变化的方法，结合分子动力学模拟揭示微观结构演化，建立了电阻率与应变的实时关系，为理解塑性变形及工业应用提供指导。
2025-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Role of axial twin boundaries on deformation mechanisms in Cu nanopillars
近年来，孪晶纳米柱由于其优异的力学性能而引起了人们的极大关注。然而，大多数的研究都集中在纳米柱的孪晶界（TB）垂直于加载方向。具有平行于加载方向的TB的纳米柱受到的关注最少。在此背景下，本研究的目的是了解的作用，轴向TB的强度和变形行为的铜纳米柱使用原子模拟。拉伸和压缩测试已经在具有和不具有TB的$<$ 112 $>$纳米柱上进行。考虑了孪晶边界间距在1.6-5 nm范围内的孪晶纳米柱。结果表明，在拉伸和压缩下，屈服强度随着孪晶界间距的减小而增加，并且总是高于完美纳米柱的屈服强度。在压缩下，$<$ 112 $>$完美以及孪生纳米柱中的变形通过扩展位错的滑移进行。在孪生纳米柱中，通过Friedel-Escaig和Fleischer机制在压缩中观察到广泛的交叉滑移。另一方面，在拉伸载荷下，在完美的纳米柱中的变形通过部分滑移/孪晶发生，而在孪晶纳米柱中，它通过扩展位错的滑移进行。这种扩展的位错活动是由楼梯杆的形成和孪晶界上的解离促进的。与压缩载荷类似，拉伸载荷下的扩展位错在孪晶纳米柱中也表现出交叉滑移活动。然而，这种交叉滑移活动仅通过Fleischer机制发生，并且在拉伸载荷下没有观察到交叉滑移的Friedel-Escaig机制。
2019-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Thermodynamically-consistent derivation and computation of twinning and fracture in brittle materials by means of phase-field approaches in the finite element method
提出了一个预测两种各向异性脆性材料，即单晶镁和碳化硼的破坏行为的理论计算框架。本构方程推导，在小变形和大变形，通过使用热力学，以建立一个完全耦合和瞬态孪晶和裂纹系统。为了研究常见的变形机制（例如，孪生和断裂），采用基于Ginzburg-Landau的相场论与力学平衡方程耦合，在有限元模拟框架下对以下问题进行了整体求解：（i）二维单晶镁和碳化硼在简单剪切变形下的孪生演化;（ii）纯Ⅰ型和Ⅱ型载荷下镁的裂纹诱导孪晶;（iii）双轴压缩载荷下均匀单晶碳化硼的断裂研究。通过稳态相场方法验证了结果，并通过文献中的实验数据进行了验证。这种计算方法的成功依赖于使用两个不同的相场（顺序）参数有关的断裂和孪生。在基于Python的开源平台FEniCS中开发了基于有限元方法的代码。我们公开的代码和开发的算法可以扩展到动态加载或热激活机制下的相变的研究，其中各种变形机制之间的竞争占在当前的综合模型方法。
2022-06-24 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic aspects of load transfer and fracture in CNT-reinforced aluminium
本文描述了碳纳米管（CNTs）增强铝的变形和断裂的原子模拟。我们利用密度泛函理论（DFT）研究了铝-石墨烯界面的能量学，为铝-碳经验势的参数化提供了参考数据.然后，我们研究了碳纳米管和铝之间的载荷传递及其对复合材料强化的影响。为此，我们进行单轴拉伸模拟的Al晶体与碳纳米管的各种体积分数增强。我们还研究了嵌入的碳纳米管与裂纹的相互作用。我们发现，碳纳米管和铝之间的相互作用是弱的，这样，在拉伸载荷下，碳纳米管可以很容易地在铝基体内滑动，并从开裂的表面被拉出。这种效应几乎与碳纳米管的长度和体积分数无关。在模拟原始碳纳米管穿过裂纹表面的过程中，几乎没有观察到载荷传递，因此没有观察到裂纹桥接。另一方面，几何固定在Al内部的CNT可以增加断裂应力并增强基体中的塑性耗散。位于裂纹前方的碳纳米管使裂纹变钝，并引起铝基体的塑性形变。取决于CNT取向，这些过程可以增加或减少复合材料的失效应力。
2021-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Nanometer-precision non-local deformation reconstruction using nanodiamond orientation sensing
加载时材料变形的信息是评价材料力学性能的关键，特别是理解活系统的基本力学刺激诱导响应的关键。传统上，这样的信息是在宏观尺度上获得的平均属性，这错过了在个别结构的变形的重要细节;或在纳米级与局部属性访问，这错过了在远离力加载位置的位置变形的信息。在这里，我们证明了纳米金刚石取向传感和AFM纳米压痕的集成提供了一个互补的方法，材料变形的非局部重建。这种方法的特点是在加载方向上的5纳米精度和一个子百纳米的横向分辨率。使用这个工具，我们绘制出的PDMS薄膜在空气中的变形和明胶微凝胶颗粒在水中，精度高到足以揭示的表面/界面效应在材料变形的意义。非局部纳米精度的局部冲击变形传感技术为复杂材料系统力学响应研究带来了新的机遇。
2019-01-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Understanding cooperative loading in carbon nanotube fibres through in-situ structural studies during stretching
碳纳米管（CNT）纤维被牢固地确立为一种新的高性能纤维，但它们的拉伸机械性能仍然是构成CNT的那些的相对较小的部分。明确的结构-性能关系和精确的力学模型是弥合这一差距的迫切要求。在这项工作中，我们分析了在拉伸变形过程中，通过进行原位同步辐射宽角和小角X射线散射和拉曼光谱的碳纳米管纤维的结构演变和分子应力转移。结果表明，碳纳米管纤维可以准确地描述为网络的束，根据材料的初始取向分布函数的Weibull分布逐步滑动。该模型解释了CNT排列和协同加载程度的影响，如在不同拉伸比下生产的纤维所示。它还有助于解释直接纺丝法生产的CNT纤维具有异常高的韧性（断裂能），这是结构材料抗冲击性的关键特性。
2020-08-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Discrete Dislocation Dynamics Modeling of Nanotwinned Materials: Orientation Effects in a Multilayer Twinned Structure of Copper
Applied Mechanics and Structure Safety Key Laboratory of Sichuan Province, School of Mechanics and Aeronautics（四川省力学与结构安全重点实验室，力学与航空学院）；Department of Materials Science and Engineering, Institute of Materials Simulation WW8, Friedrich-Alexander University of Erlangen-Nuremberg（埃尔朗根-纽伦堡大学材料工程系，材料模拟研究所WW8）；Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院力学研究所）
本研究通过位错动力学建模探讨纳米孪生铜多层结构中孪界取向对变形的影响，揭示了孪界在不同变形机制中的各向异性特征。
2026-01-27 cond-mat.mtrl-sci
The Origin of Deformation Induced Topological Anisotropy in Silica Glass
本文利用分子动力学模拟和新颖分析方法，揭示了机械载荷下二氧化硅玻璃拓扑各向异性源于SiO$_4$四面体的择优取向，为定制氧化物玻璃性能提供了重要见解。
2023-06-26 cond-mat.mtrl-sci
Influence of dislocation density on the tribological response in oxides: case study on SrTiO3
Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）；ASMEC GmbH（ASMEC有限公司）；University of Tennessee（田纳西大学）；Karlsruhe Nano Micro Facility (KNMFi)（卡尔斯鲁厄纳米微设施）
本研究以SrTiO3为对象，探究了预制位错密度对氧化物微划痕响应的影响，发现位错可抑制弹性变形、改变裂纹形态，为位错调控近表面损伤容限提供了直接证据。
2026-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Bandgap tuning in kerfed metastrips under extreme deformation
切缝的过程使得平面结构能够响应于静载荷而经历显著的平面外变形。从平坦和坚硬的板材开始，切口允许形成各种非常规的自由形状，使该工艺对建筑应用特别有吸引力。在这项工作中，我们研究了数值和实验的带隙行为密集切割切口带。我们的研究揭示了一个丰富的景观的带隙，主要是归因于激活共振子单元内的切口单位细胞。我们还记录了扭曲和弯曲载荷下的条带的极端变形能力，通过曲折的切割模式增强，可以作为一个强大的带隙调谐机制。
2021-10-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Constitutive theory for mechanics of amorphous thermoplastic polymers under extreme dynamic loading
DEVCOM ARL（美国陆军研究实验室）
本研究提出了一种非晶热塑性聚合物在极端动态加载下的本构理论，结合热力学和序参数，模拟材料在冲击压缩、熔化和断裂等极端条件下的行为，并通过实验验证其预测能力。
2026-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Suspended Monolayer Graphene under True Uniaxial Deformation
2D晶体，如石墨烯，表现出任何其他已知的人造或天然材料的更高强度和刚度。到目前为止，这一论断主要是基于建模预测和结合相关建模的弯曲实验。悬浮石墨烯的真正单轴加载不容易实现;然而，这样的实验对于评估石墨烯的固有性质而不受底层衬底的影响是至关重要的。在这项工作中，我们报告了石墨烯的单轴拉伸到0.8%左右的中等应变。这是通过将石墨烯薄片夹在两个聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）层之间，并通过用电子束光刻去除一部分PMMA来悬挂其中心部分而实现的。真正的单轴变形证实了由拉曼光谱测量的大声子位移与应变和横向屈曲的指示（类似于在张力下观察到的宏观薄膜）。最后，我们还报告了如何通过粘合剂夹具将应力转移到悬挂的试样上，并确定了在这样一个系统中有效轴向加载所需的界面剪应力值。
2016-07-19 cond-mat.mtrl-sci
Revealing the dynamic responses of Pb under shock loading based on DFT-accuracy machine learning potential
Institute of Applied Physics and Computational Mathematics（应用物理与计算数学研究所）；Graduate School of China Academy of Engineering Physics（中国工程物理研究院研究生院）；National Key Laboratory of Computational Physics, Institute of Applied Physics（计算物理国家重点实验室，应用物理研究所）；HEDPS, CAPT, College of Engineering（HEDPS、CAPT、工程学院）；School of Physics, Peking University（北京大学物理学院）
针对铅在冲击加载下动态响应机制不明的问题，本研究利用DFT精度的Pb-Sn合金机器学习势，通过NEMD模拟揭示了不同冲击取向下载荷的微观结构演化规律，为理解极端条件下的微观结构-性能关系提供关键理论见解。
2025-11-17 cond-mat.mtrl-sci cs.LG
Plastic Work Partitioning During Slip- and Twinning-Dominated Deformation in AZ31B Magnesium Alloy
Institute of Fundamental Technological Research, Polish Academy of Sciences（波兰科学院基础技术研究所）
研究了AZ31B镁合金在滑移和孪生主导变形中的塑性功分配，揭示了不同变形机制对能量存储和耗散的影响。
2026-07-14 cond-mat.mtrl-sci
Grain rotation and lattice deformation during photoinduced chemical reactions revealed by in-situ X-ray nanodiffraction
原位X射线衍射（XRD）和透射电子显微镜（TEM）已被用于研究从相变、化学反应、晶体生长到晶界动力学的许多物理科学现象。原位XRD和TEM的一个主要限制是必须在空间和时间分辨率之间做出妥协。在这里，我们报告了原位X射线纳米衍射的发展，以测量原子分辨率的衍射图案，从单个晶粒高达5毫秒的时间分辨率，并使第一次实时观察晶粒旋转和晶格变形在光致化学反应。与化学反应相关的晶粒旋转和晶格变形被量化为快至3.25rad/s。秒和大至0.5埃。具有几毫秒时间分辨率的单个晶粒的原子分辨率衍射图案的测量能力有望在材料科学、物理学、化学和纳米科学中找到广泛的应用。
2014-12-11 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.optics
Compressive deformation of Fe nanopillar : Modalities of dislocation dynamics
与拉伸模式不同，体心立方金属纳米结构的压缩变形是由螺旋位错的滑移介导的。虽然体心立方螺旋位错具有不寻常的属性，但这些独特的效应如何在纳米级固体中表现出来仍不清楚。在本研究中，原子模拟呈现在体心立方铁纳米柱的压缩变形的位错活动的密切关注。结果发现，而不是执行简单的滑移运动，线缺陷表现出一系列复杂的功能。在这方面，观察到温度对位错机制具有显著影响，因此对材料的整体塑性响应具有显著影响。此外，已探索的负荷-应变数据的统计特征。
2016-08-03 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic Deformation in the Compressions of Single Crystalline Copper Nanoparticles
利用原子模拟方法研究了面心立方金属纳米颗粒在压缩过程中的各向异性变形。在弹性状态下，压缩载荷-深度行为可以用经典赫兹模型或平冲模型来表征，具体取决于压头下的表面结构。在塑性开始时，原子尺度的表面台阶是纳米颗粒中异质位错的来源，这与压入块体材料不同。在[111]压缩条件下，错动位错的滑移取代了主要的塑性形变。在[110]压缩条件下，扩展位错带的形核和耗尽控制了塑性. [112]压缩条件下，孪晶界迁移主要维持塑性形变。该研究有助于提取金属纳米颗粒的力学性质，了解其各向异性变形行为。
2017-12-24 cond-mat.mtrl-sci
An in-situ synchrotron diffraction study of stress relaxation in titanium: Effect of temperature and oxygen on cold dwell fatigue
存在一个长期存在的技术问题，其中在室温下在Ti中循环加载期间的应力驻留导致显著的疲劳寿命降低。据认为，局部时间依赖性的塑性在软晶粒有利于容易塑性滑移的取向导致甩负荷和应力增加，在相邻的硬晶粒取向不良，容易滑移。量化这个时间相关的塑性过程是理解复杂的冷驻留疲劳问题的关键。了解操作温度和氧含量对冷驻留疲劳的影响将有利于未来的合金设计来解决这个问题。本文用同步辐射X射线衍射方法研究了两种不同氧含量的工业纯钛（1级和4级）在四种不同温度（室温、75 ℃、145 ℃和250 ℃）下的时效塑性行为。通过跟踪多个晶面族（21个衍射环）的衍射峰位移作为其相对于加载方向的取向的函数来测量晶格应变。临界解析剪切应力，激活能和激活体积建立棱柱和基底滑移作为温度和氧含量的函数，通过拟合晶体塑性有限元模型的晶格应变弛豫响应沿加载轴测得的五个强反射。发现较高的应变速率敏感性导致冷保压期间较高的塑性。
2020-11-19 cond-mat.mtrl-sci
Asymptotic Formulation of the Role of Shear Loads on Multi-Layered Thin Shells and Classification of Their Deformation Modes
本文通过渐近分析为多层薄壳变形建模提供理性框架，提出基于最大无量纲主曲率的变形模式分类规则，并证明领先阶壳理论在中等剪切力下能准确预测壳体刚度与内部应力分布。
2025-07-01 cond-mat.mtrl-sci cs.NA math.NA
Influence of ensemble boundary conditions (thermostat and barostat) on the deformation of amorphous polyethylene by molecular dynamics
分子动力学模拟正越来越多地被用于研究聚合物在机械变形过程中的结构演变，但相对较少的研究集中在边界条件对这种演变的影响，特别是在变形过程中通过周期性边界的热和压力的耗散。本文的研究探讨了无定形聚乙烯的拉伸变形，建模与一个统一的原子方法的潜力，是如何影响的热量和压力耗散。压力耗散的情况下（单轴拉伸）的应力-应变曲线与实验定性一致，并表明散热有很大的影响应变硬化模量计算的分子动力学模拟。与粘结和非粘结项相关的能量的演变被量化为应变的函数以及加载和非加载方向上的应力的演变，以了解应力状态如何在弹性、屈服、应变软化和应变硬化区域内改变。应力分配显示了“拉伸”范德华相互作用和“压缩”键拉伸力之间的竞争，与特征屈服应力峰值明显与非粘结应力。缺乏散热对应变硬化制度的影响最大，其中计算温度的增加与加载方向上更快的链对齐和更快的构象变化相关。在某种程度上，这些观察结果表明，热量和压力耗散的作用，无定形聚合物的变形特性，特别是应变硬化制度。
2013-10-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
