Thermodynamic theory of crystal plasticity: formulation and application to polycrystal fcc copper
我们提出了晶体塑性的热力学描述。我们的配方是基于Langer-Bouchbinder-Lookman热力学位错理论（TDT），它断言的基本重要性的有效温度，描述了状态的配置无序，因此位错密度的晶体材料。我们将TDT描述从各向同性塑性扩展到具有多个滑移系的晶体塑性。在单轴压缩、拉伸和简单剪切条件下，多晶面心立方铜的有限元模拟结果与实验结果进行了比较。因此，晶体塑性的热力学理论提供了晶体中位错运动的物理上严格的描述。我们还讨论了新的见解属于不同的滑移系的位错的相互作用。
2019-12-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Avalanche correlations and stress-strain curves in discrete dislocation plasticity
在塑性形变过程中，变形破裂序列表现出无标度特征。除了破裂或崩落的大小和崩落的速率之外，该过程的特征还在于系列中的相关性，这些相关性在应力-应变曲线的最终形状中变得明显。我们分析这样的功能的塑性形变与离散位错动力学模型的二维和三维模拟，我们表明，只有严重的塑性形变随之而来的记忆效应变得微不足道。过去的变形历史和位错钉扎无序的作用进行了研究。在一般情况下，相关性的影响，减少分散的个别应力-应变曲线周围的平均值。
2021-06-11 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Submicron plasticity: yield stress, dislocation avalanches, and velocity distribution
在宏观晶体开始塑性流动时，存在一个定义明确的屈服应力，这是材料科学的基本观察结果之一。与宏观样品相反，在微米和纳米晶体中，应变以独特的、不可预测的突发方式积累，这使得受控的塑性成形相当困难。在这里，我们研究模拟，在二维和三维，塑性形变的亚微米物体在不断增加的压力。我们发现，虽然个别样品的应力-应变关系表现出跳跃，其平均值和平均偏差仍然指定一个定义明确的临界应力，我们确定与堵塞流动过渡。这种现象的统计背景进行了分析，通过短位错段的速度分布，揭示了一个普遍的立方衰减和外观的肩膀，由于位错雪崩。我们的结果有助于理解一系列不同物理系统所表现出的阻塞-流动转变。
2010-04-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Effects of Rate, Size and Prior Deformation in Microcrystal Plasticity
亚微米有限体积晶体塑性的特征是位错缺陷的涌现流动，导致力学性能的尺寸效应和雪崩现象。在这一章中，我们提出了一个极小模型离散刃位错在有限的体积，已基准对实验数据和显示已知的现象学趋势。我们讨论了这个模型可以解释看似断开的影响率，尺寸和先前的变形微晶塑性。我们展示了应力和位移控制的加载条件下的位错系综的统计特征，并详细探讨了加载速率和位移突发之间的联系。最后，我们提出了机器学习算法在微晶塑性模型研究，既提高了理解和澄清这些方法的有用性的范围。通过这种方式，我们阐明了先前的变形历史的作用，对微米和纳米尺寸的标本，我们用这种理解来预测的机械响应的薄膜通过预先存在的位错配置的微观结构观察。
2019-08-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Crystal plasticity as a mean field depinning transition: results from a phase field crystal model
到目前为止，我们对晶体塑性普适性的大部分认识都来自于离散位错动力学的模拟。这些是力控制的，通常在零温度下，并处理位错的产生和湮灭现象。在这项工作中，我们超越了这些限制，使用相场晶体模拟在二维有限温度下提取恒定剪切速度下的模拟晶体的雪崩统计。除了雪崩的大小和能量分布，我们提取的雪崩持续时间分布和功率谱。所有的指数和尺度函数提取晶体塑性的静态和动态，属于平均场弹性脱钉普适性类，确认早期的研究结果的基础上离散位错动力学。
2015-01-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Learning crystal plasticity using digital image correlation: Examples from discrete dislocation dynamics
West Virginia University（西弗吉尼亚大学）；National Institute of Standards and Technology（美国国家标准与技术研究院）
数字图像相关（DIC）是一种成熟的、非侵入性的技术，用于跟踪和量化机械样品在应变下的变形。虽然它提供了一个明显的方式来观察增量和总位移信息，它似乎很可能DIC数据集，毕竟反映了空间分辨的响应的微观结构的负载，包含更丰富的信息比一般从他们提取。在本文中，我们展示了一种机器学习方法，根据其对后续DIC测试的响应来量化晶体样品的先前变形历史。这种先前的变形历史是通过位错微观结构的不均匀性在微观结构中编码的，并且在位错图案的空间相关性中编码，这介导了系统对DIC测试载荷的响应。我们的域由离散位错塑性模拟产生的变形结晶薄膜。我们探讨了机器学习（ML）对典型实验方案的适用范围，以及可能的大小效应和随机性的函数。塑性尺寸效应可能会直接影响数据，使无监督技术无法区分不同的塑性制度。
2019-04-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Avalanches and Plastic Flow in Crystal Plasticity: An Overview
晶体的可塑性是通过位错来调节的，位错在复杂的能量环境中形成了打结的结构。一旦它们解开并移动，它们也可能受到具有有限能量屏障或令人沮丧的远距离相互作用的永久障碍物的阻碍。这种复杂性的结果是位错雪崩的出现，作为纳米级固体中塑性流动的基本机制。虽然块体材料的变形行为看起来很平滑，但预测模型显然应该基于这些位错雪崩及其相关应变爆发的特征。我们在这里提供了一个全面的概述，实验观察，理论模型和计算方法，已经开发出解开多个方面的位错雪崩物理和现象，导致应变爆发晶体塑性。
2017-05-19 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dislocation induced anomalous softening of solid helium
在结晶固体氦的滑移面中的滑移位错线的经典运动甚至在远低于德拜温度的温度下导致塑性形变，并且可以影响弹性性质。在这项工作中，我们认为，滑移的位错和塑性可能是起源的许多观察到的弹性异常固体He-4，这已被认为是连接到超固体。本文提出了一个位错运动模型，该模型描述了在固态氦中恒应变率$\dotε$下进行的剪切实验的应力-应变$τ$-$ε$曲线和加工硬化率$dτ/dε$。计算的$dτ/dε$表现出强烈的软化，随着温度的升高，由于位错的运动，这模仿异常软化的弹性剪切模量$μ$。在同一温度范围内，位错的运动引起耗散，并有一个显著的峰值。
2013-01-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Glassy features of crystal plasticity
晶体的塑性是由于位错的雪崩式运动而产生的形变爆发。在这里，我们进行了广泛的数值模拟的三维位错动力学模型下准静态应力控制加载。我们的研究结果表明，雪崩是幂律分布，并显示特殊的应力和样本大小的依赖性：平均雪崩大小与所施加的应力呈指数增长，和滑移量与系统的大小增加。这些结果表明，在结晶材料的间歇变形过程中表现出类似于玻璃体系的扩展的临界相，而不是源自非平衡相变临界点。
2016-07-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Thermomechanical conversion in metals: dislocation plasticity model evaluation of the Taylor-Quinney coefficient
使用一个分配能量的热力学框架，分配能量的原子构型储存能量的冷加工和动力学振动，我们推导出一个重要的约束泰勒-昆尼系数，量化的分数，塑性变形塑性形变过程中转化为热量的工作。与这两种能量贡献相关联的是两个独立的温度--热能的常温和构型能的有效温度。我们表明，泰勒-昆尼系数是一个函数的物理定义的有效温度，测量的原子在材料中的构型无序。最近发表的铝合金6016-T4 \citep{neto_2020}的实验，使用热力学位错理论（TDT）的元素分析，显示出良好的一致性理论和实验的应力-应变行为和温度的时间演变。模拟包括实验期间的传导和对流热能损失，并且在模拟结果内存在显著的热梯度。微分泰勒-昆尼系数的计算值也提出，并建议一个值，不同的材料和增加应变。
2020-07-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Dynamic Length Scale and Weakest Link Behavior in Crystal Plasticity
非均质固体结构的塑性形变常表现为随机间歇的局部塑性事件。在中尺度上，这一特征可以用一个空间波动的局地屈服阈值来表示。在这里，我们研究了这种方法的有效性和理想的选择晶体塑性的离散位错模型的代表性体积元的大小。我们发现，代表可能的塑料活动来源的链接的数量表现出异常（超广泛）的缩放往往广泛的缩放（通常假设在最弱的链接模型），如果淬火短程相互作用的介绍。其原因是长程位错相互作用和短程淬火无序之间的相互作用破坏了无标度动力学关联，导致具有特征长度尺度的事件局域化。提出了几种方法来确定动态长度尺度，可以推广到其他类型的非均匀材料。
2023-02-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Quasi-periodic events in crystal plasticity and the self-organized avalanche oscillator
当一个系统中的外部压力--物理的、社会的或虚拟的--通过冲动事件得到缓解时，关注这些雪崩的属性是很自然的。然而，在两次地震之间的静止期，应力可能通过竞争过程释放，例如地震之间的缓慢流动的水或塑性爆发之间的热激活位错流动。这种不起眼的平滑响应会对雪崩特性产生巨大影响。在这里，我们报告了一个彻底的实验研究缓慢压缩镍微晶，涵盖三个数量级的名义应变率，表现出非常规的准周期性雪崩爆发和更高的临界指数的应变率降低。我们的分析和计算研究自然扩展位错雪崩模型，将位错弛豫，并揭示了出现的自组织雪崩振荡器，一种新的临界状态，表现出振荡的方法走向脱钉临界点。我们证明，我们的理论的预测忠实地展示在我们的实验。
2013-05-11 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Fluctuations in crystalline plasticity
最近发现HCP材料中位错雪崩的声学特征在尺寸和能量上是长尾的，这表明临界动力学。甚至最近，间歇性塑性响应被发现是通用的微米和纳米尺寸的系统独立于他们的晶体对称性。这些相当显着的发现，在本文中进行的角度在我们的小组最近的研究。我们讨论了塑性波动的物理起源和标度特性，并讨论了它们对晶体对称性、系统尺寸和无序含量的依赖性。一个特别强调的是放在相关的紧急行为，包括位错结构的形成，并对我们的能力，通过合金化回火塑性波动。我们还讨论了“越小越狂野”的尺寸效应，最终在一个矛盾的无裂纹的脆性行为非常小，最初的位错自由晶体。我们发现，不同的流变行为之间的隐含的过渡调节的比例的长度尺度$R=L/l$，其中$L$是系统的大小和$l$是内部长度。我们将这种新的尺寸效应与其他相关现象联系起来，如强度的尺寸依赖性（“越小越强”）和不同硬化机制之间的尺寸诱导切换。纳米科学的技术挑战之一是驯服塑性流动的不稳定性。我们表明，这一任务可以通过生成定制的淬火无序，它允许一个控制微米和纳米尺度的形成，并打开了新的视角，在微观冶金和结构工程的超小承载元件。这些结果不能实现传统的方法，不明确考虑集体位错动力学的随机性。
2021-05-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
