Structure and size of the plastic zone formed during nanoindentation of a metallic glass
利用分子动力学模拟，我们研究了大的CuZr玻璃系统在纳米压痕过程中产生的塑性区。塑性区由一个核心区域和一个尾部组成，在核心区域中，几乎每个原子都经历塑性重排，在尾部，塑性活性原子的密度分布衰减到零。与晶体基材相比，金属玻璃中的塑性区明显小于晶体。所谓的塑性区尺寸因子，它将塑性区的半径与压头与基体的接触半径联系起来，假定值约为1，而在晶体中--取决于晶体结构--值通常为2- 3。金属玻璃中的小塑性区是由非晶基体中基本上均匀的变形引起的，而在晶体中，异质位错占主导地位，其生长导致塑性区的显着扩展。
2019-08-28 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Topology of vibrational modes predict plastic events in glasses
本研究通过分析二维玻璃模型振动本征矢量场的拓扑缺陷，发现准静态剪切下塑性事件位置与负电荷拓扑缺陷强相关，建立了玻璃变形前结构与塑性事件的直接联系。
2022-09-07 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Dynamics of shear-transformation zones in amorphous plasticity: non-linear theory at low temperatures
我们使用的能量平衡和耗散的考虑，推导出一个自洽版本的非晶态固体的塑性形变的剪切转变区（STZ）理论。该理论被推广到包括任意空间取向的STZ。讨论了弹塑性材料的连续介质方程及其能量平衡性质。
2004-07-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Elementary processes in dilatational plasticity of glasses
针对玻璃材料膨胀塑性研究不足的问题，通过模拟揭示塑性失稳兼具膨胀与剪切分量，阐明其影响因素与基本性质，为大尺度集体现象研究奠定基础并发现空化前的模量软化现象。
2024-05-15 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Effective-Temperature Induced Shear Banding in the Shear-Transformation-Zone Theory of Plasticity
本文探讨了稳定性的剪切转变区（STZ）塑性理论的总STZ人口是由一个有效的温度，并将其与金属玻璃的实验结果进行了比较。特别是，除了有效的温度动力学的剪切转变区理论导致存在的应变率范围内的应变局部化到剪切带。然而，虽然稳态的结果定性同意，系统的动态不稳定性，而加载开始更好地描述了实验观察。
2006-08-21 cond-mat.mtrl-sci
Nonequilibrium plastic roughening of metallic glasses yields self-affine topographies with strain-rate and temperature-dependent scaling exponents
采用大尺度分子动力学模拟研究了初始扁平Cu $_{50}$ Zr $_{50}$金属玻璃在压缩塑性流动过程中的非平衡粗化。粗糙度出现在超过玻璃屈服点的原子级平坦界面处。一个自仿射粗糙的地形是压印在屈服，并在随后的变形过程中得到加强。压印地形的赫斯特指数随着应变率和温度的增加而降低。屈服后，均方根粗糙度幅度的增长作为所施加的应变的平方根的前因子，也随着应变速率和温度的增加而下降。我们的计算揭示了空间幂律相关性的出现，从均匀的样品在塑性流动的指数，取决于变形率和温度。结果有影响的解释和工程粗糙度配置文件。
2022-01-10 cond-mat.mtrl-sci
"Butterfly Effect" in Shear-Banding Mediated Plasticity of Metallic Glasses
金属玻璃对机械应力的响应是复杂而不均匀的，塑性应变高度集中在纳米级剪切带中。与结晶固体中定义明确的变形机制相反，理解金属玻璃中的机械响应机制及其与宏观塑性的内在相关性仍然是长期存在的问题。通过实验和理论分析相结合的方法，我们发现金属玻璃中的剪切带过程呈现出复杂的混沌动力学，表现为存在环面破坏相图、正的李雅普诺夫指数和分数李雅普诺夫维数。我们还表明，实验观察到的大塑性波动的金属玻璃测试在相同的条件下，可以解释从混沌剪切带动力学，这可能会导致失控剪切带的临界条件的外观上的不确定性。从物理上讲，剪切带的混沌动力学是由剪切带内结构无序和温度升高之间的相互作用引起的。通过调节变形参数，可以将混沌动力学转化为对应于较小塑性波动的周期轨道状态。我们的研究结果表明，金属玻璃的塑性流动是一个复杂的动力学过程，这是高度敏感的初始条件，并让人联想到“蝴蝶效应”，在许多复杂的动力学系统中观察到的。
2020-03-10 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
On the study of local stress rearrangements during quasistatic plastic shear of a model glass: do local stress components contain enough information?
本文对二维Lennard-Jones非晶态固体在稳态准静态和无热剪切下的力学响应进行了数值研究。在这里，我们专注于局部应力分量的演变。虽然局部应力通常被视为一个序参量在描述复杂流体的流变行为，并在玻璃的塑性，我们在这里表明，局部应力的知识是不够的一个完整的描述我们的系统的塑性行为。局部应力的分布可以近似地描述为具有指数振幅分布的局部四极事件的总和。然而，我们表明，四极子的中心的位置是不相关的任何特殊的局部应力的演变，但必须由另一个变量来描述。
2007-11-20 cond-mat.mtrl-sci
Transformation-mediated Plasticity in CuZr based Metallic Glass Composites: A Quantitative Mechanistic Understanding
在本文中，我们提出了一个彻底的应力分析的Cu-Zr金属玻璃复合材料与嵌入B2颗粒进行马氏体相变。在Eshelby理论的框架内，我们能够以定量的方式解释，（1）在Cu-Zr金属-玻璃复合材料中观察到的三种不同形态的剪切带的形成;（2）Cu-Zr金属-玻璃复合材料的加工硬化能力。玻璃复合材料与弹性背应力和马氏体相变引起的弹性失配的耦合效应有关。此外，我们还讨论了单个B2相的应力影响区和晶-非晶界面的稳定性问题。由于理论和实验结果之间的一般协议，我们相信，我们目前的工作成果可以导致更深入的理解在Cu-Zr基金属玻璃复合材料的相变诱导塑性，这应该是非常有用的金属玻璃复合材料的设计与改善的延性。
2016-03-11 cond-mat.mtrl-sci
Dynamics of Shear-Transformation Zones in Amorphous Plasticity: Formulation in Terms of an Effective Disorder Temperature
本文的研究扩展了非晶态固体中塑性形变的剪切转变区理论。我在这里的主要目的是探讨这种系统的构型自由度在持续的机械变形过程中与热浴脱离热力学平衡的可能性，以及由此产生的构型无序状态的特征可能是有效温度。进一步假设STZ的人口与有效温度平衡，允许理论直接与实验测量的金属玻璃的性质进行比较，包括它们的量热行为。有效温度和机械变形之间的耦合表明剪切带不稳定性的解释。
2004-05-14 cond-mat.mtrl-sci
Linking high and low temperature plasticity in bulk metallic glasses: thermal activation, extreme value statistics and kinetic freezing
在远低于其玻璃化转变的温度下，块体金属玻璃的变形性质的特征在于从弹性到塑性的急剧转变、可再现的屈服应力以及该应力随温度升高而近似线性地减小。在目前的工作中，它表明，当过冷液体制度的众所周知的属性，在潜在的势能景观方面，被假定为在低温下也是有效的，一个简单的热激活模型是能够再现所观察到的宏观产量的发病。在这些温度下，复杂的势能景观的热可及性急剧降低，极端值的统计和动力学冻结现象变得重要，影响介导弹性到塑性转变的不可逆结构转变的空间异质性。随着温度的升高和接近玻璃化转变温度，该理论能够顺利过渡到高温变形制度，其中塑性是已知的热激活粘塑性模型很好地描述。
2013-11-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Stochastic evolution elasto-plastic modeling of a metallic glass
本文提出一种直接利用原子模拟数据的数据驱动随机弹塑性建模方法，以金属玻璃为对象，将材料状态映射到由剪切应力和非弹性能构成的二维状态空间，揭示了两个状态变量足以描述其弹塑性响应及年轻化与老化平衡的稳态行为。
2024-10-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.atom-ph
Dynamics of Shear-Transformation Zones in Amorphous Plasticity: Energetic Constraints in a Minimal Theory
我们使用精力充沛的考虑推导出一个以前不确定的耦合项的形式在非晶态固体的塑性形变的剪切转变区（STZ）理论。正如在STZ理论的早期版本中，在屈服应力下的稳定变形的开始在这里表现为堵塞状态和塑性变形状态之间的动态稳定性的交换。我们展示了如何一个特别简单的“准线性”版本的理论帐户定性的塑性，如屈服，应变软化，应变恢复的许多功能。我们还表明，这个最小版本的理论未能描述某些其他现象，并认为这些限制表明需要额外的内部自由度超出这些包括在这里。
2003-07-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
3D HR-EBSD characterization of the plastic zone around crack tips in tungsten single crystals at the micron scale
利用高角分辨率电子背散射衍射（HR-EBSD）结合聚焦离子束（FIB）切片技术，对W单晶中的几何必需位错（GNDs）进行了三维表征。通过FIB制造具有缺口的类似尺寸的悬臂，并在不同温度（21 $^{\circ}$ C、100 $^{\circ}$ C和200 $^{\circ}$ C）下在扫描电子显微镜内刚好在微尺度脆韧性转变（BDT）之上变形。进行J积分测试以分析裂纹扩展并确定断裂韧性。在所有三个温度下的塑性区被发现是更大的接近自由表面比试样内部，类似于宏观尺度的拉伸试验。然而，在更高的温度下，塑性区的3D形状从位于裂纹尖端前方变为蝶形分布，从而更有效地屏蔽裂纹尖端并抑制裂纹扩展。比较两个相同变形的样品，这是从两个不同方向的FIB切片，以评估的可靠性的GND密度估计HR-EBSD。Nye张量分量的分布的分析用于区分在样品中成核的GNDs的类型。不同类型的位错在塑性区中的作用进行了讨论，我们证实早期的研究结果，W的微尺度BDT主要是由螺旋位错在裂纹尖端的前面的成核控制。
2020-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Mode I crack tip fields: strain gradient plasticity theory versus J2 flow theory
研究了具有应变梯度塑性的固体Ⅰ型裂纹尖端的渐近响应。结果表明，裂纹尖端的弹性应变占主导地位的塑性应变，因此，柯西应力和应变状态的渐近给出的弹性K-场。裂纹尖端的弹性区是嵌入在一个环形的弹塑性区。裂纹尖端的渐近分析和有限元计算预测这一特点。当小规模屈服适用时，存在三种不同的区域：外部弹性K场、中间弹塑性场和内部弹性K场。内弹性核显著影响裂纹张开轮廓。当梯度理论的材料长度尺度$\ell$在塑性区尺寸估计的量级上时，裂纹尖端塑性被抑制，如由远程应力强度因子所指示的。本文提出了应变梯度塑性的广义J积分，并用它来描述短裂纹前的渐近响应。裂纹三点弯曲试样的有限元分析表明，裂纹尖端弹性区持续存在的体积塑性和外部J场。
2019-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Universal energy barrier for plastic flow in a network glass
University of Freiburg（弗赖堡大学）；Aalto University（阿尔托大学）；Fraunhofer IWM（弗劳恩霍夫工业机械研究所）；Institute of Physics, University of Freiburg（弗赖堡大学物理研究所）
本文通过机器学习势能模拟非晶碳，发现剪切转变源于单键断裂/形成，能量景观坍缩为普适势垒形状，键跳跃距离通过三次方定律决定势垒高度，从而从键级量预测塑性流动应力，为玻璃塑性模型提供微观基础。
2026-10-05 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Growth and prediction of plastic strain in metallic glasses
本文提出基于弹性阶段塑性应变累积的物理信息贝叶斯框架，识别Cu-Zr-(Al)金属玻璃中幂律与指数两种塑性增长机制，实现从约5%应变数据早期预测屈服与失效。
2025-07-06 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
A kinetic theory of plastic flow in soft glassy materials
本文提出了一种流动堵塞材料弹塑性动力学模型，其形式为应力分布函数的非局部Boltzmann动力学方程。粗粒化这个方程产生一个非局部本构关系的流动，作为一个关键的动态量的本地率的塑性事件。这个量，解释为一个本地的流动性，是空间相关的，与相关长度发散的准静态限制，即接近屈服。我们预测的流动行为中的有限尺寸效应，以及缺乏一个内在的局部流动曲线。最近的实验和数值观测支持这些功能。
2009-03-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Thermal Effects in the Shear-Transformation-Zone Theory of Amorphous Plasticity: Comparisons to Metallic Glass Data
我们扩展我们早期的剪切转变区（STZ）理论的非晶塑性，包括热辅助分子重排的影响。我们的理论的这个版本是对非结晶固体中流动的传统理论的实质性修改和概括。在我们早期的工作中，它预测了一个动态的过渡之间的堵塞和流动状态在屈服应力。在该屈服应力以下，现在描述热辅助蠕变。我们表明，该理论占实验观察到的应变率依赖性的金属玻璃的粘度，它也捕捉到许多细节的瞬态应力-应变行为的这些材料在加载过程中。特别是，它解释了在足够高的应力作为低应力蠕变和屈服应力附近的塑性流动之间的过渡的超塑性的明显发病。我们还认为，这些变形过程的传统理论中存在内部不一致，并提出进一步的实验以及理论分析可能会导致更好地理解广泛的非平衡现象的方法。
2004-04-13 cond-mat.mtrl-sci
Plastic deformation of a model glass induced by a local shear transformation
利用分子动力学模拟研究了局部剪切相变对三维非晶态固体塑性形变的影响。我们考虑一个球形夹杂物，它逐渐转化为一个相同体积的椭球体，然后再转化回球体。结果表明，在足够大的应变振幅，材料的变形涉及局部的塑性事件，确定的基础上的相对位移的原子之前和之后的剪切变形。我们发现，笼跳跃的密度分布衰减远离夹杂物，这与材料的局部变形的径向依赖性。在相同的应变幅下，在弱阻尼动力学或剪切转变的大时间尺度下，塑性形变变得更加明显。
2015-03-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Impact of severe plastic deformation on the relaxation of glassy and supercooled liquid states of amorphous Pd$_{40}$Ni$_{40}$P$_{20}$
采用差示扫描量热法、低温热容法和波动电子显微镜相结合的方法研究了高压扭转引起的剧烈塑性形变对Pd $_{40}$ Ni $_{40}$ P $_{20}$玻璃态和过冷液体态弛豫的影响。由于变形和随后的热处理的量热信号的变化进行了分析和变形（复兴）和退火（松弛）之间的相关性被发现在中程秩序（MRO）。此外，在过冷液体状态下的放热峰的发生与MRO类型的特定变化之间的耦合被确定。这些研究结果被理解在一个潜在的能源景观计划提供了一种新的方法，MRO工程的眼镜。
2020-08-26 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Geometrical fingerprints of shear transformation zones in network glasses
该研究针对网络玻璃的力学响应机制，通过统计反向传播分析发现剪切转变区与键长拉伸分布高方差区域高度相关，且主要依赖初始状态几何，提出了可直接从图像低成本计算的物理指标。
2025-03-21 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Simulations of aging and plastic deformation in polymer glasses
我们使用分子动力学模拟研究物理老化对模型聚合物玻璃力学性能的影响。蠕变柔量与恒定温度下低于屈服的恒定单轴载荷下的结构松弛同时确定。该模型成功地捕捉到了聚合物玻璃中实验发现的普遍特征，包括机械复原的特征。我们分析了微观松弛时间尺度，并表明它们表现出相同的宏观蠕变遵守老化特性。此外，我们的模型表明，整个分布的弛豫时间尺度与年龄相同。尽管流动性的变化很大，我们观察到相对较小的结构变化，除了一个弱的对数增加的程度，短程秩序，可能与观察到的减少老化增加负荷。
2007-04-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Shear-band cavitation determines the shape of the stress-strain curve of metallic glasses
众所周知，金属玻璃具有非常坚固的屈服强度，其威布尔模量与结晶工程合金一样高。然而，它们的屈服后行为变化很大，在流动应力水平和应变在失败的大分散。使用X射线断层扫描，我们首次揭示了如何应变相关的剪切带腔的内部演变的基础上，这种不可预测的后屈服响应。我们演示了如何宏观应变软化符合内部剪切带空化的第一次检测。在塑性流动过程中的空腔生长被发现遵循幂律，这产生了分形维数和粗糙度指数与断裂后获得的自相似表面性质非常一致。这些研究结果表明，内部微裂纹如何共存的剪切带塑性沿塑性部分的应力-应变曲线，合理化的金属玻璃看到的塑性流动行为的大的可变性。
2022-11-15 cond-mat.mtrl-sci
Precursors to plastic failure in a numerical simulation of CuZr metallic glass
我们变形，在纯剪切，薄样品的Cu $_{50}$ Zr $_{50}$金属玻璃使用分子动力学模拟，并包括，失败。实验重复十次，以获得平均值和标准偏差。尽管10个样品在相同的外部施加应变值下发生失效，但在特定的微观材料行为中，样品与样品之间存在显著差异。破坏可能沿着位于先前形成的剪切带边界处的一个、两个或三个平面发生。这些剪切带在破坏前不久形成。然而，在它们形成之前，以及在塑性形变刚刚开始显着的外部应变下，非仿射位移沿着局部带组织自身。剪切带随后在这些非仿射位移带的边缘形成，并呈现出交替旋转四极结构，如先前由Anciopu等人（2017）在拉伸加载的缺口样品的情况下发现的。剪切带的厚度大致由可用塑性能决定。剪切带的发生伴随着旋转角局部化，应变局部化和非仿射平方位移的变化率的急剧增加。
2019-11-12 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale damage during fracture in silica glass
我们在这里报告的原子力显微镜实验，旨在揭示的性质发生在应力腐蚀下的裂纹传播到石英玻璃试样的尖端的过程区内的故障机制。裂纹通过纳米级损伤点的生长和合并扩展。这种空化过程被证明是负责的过程区域内的损害传播的关键机制。最后讨论了空穴形核的可能起源，以及对聚结时空穴尺寸和工艺区延伸的选择的影响。
2006-08-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Large-scale atomistic study of plasticity in amorphous gallium oxide with a machine-learning potential
本研究利用机器学习原子间势开展大规模原子模拟，揭示了非晶Ga2O3在玻璃化转变和力学行为上的特性，发现其具有高塑性且比非晶氧化铝更能抵抗剪切带形成。
2024-04-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Localization analysis of variationally based gradient plasticity model
本文给出了变截面单轴受载杆局部塑性区形成和演化的解析或半解析解。使用了线性软化的显式梯度塑性变分公式，并讨论了随之而来的跳跃条件和边界条件。考虑了三种不同应力分布规律的情况，并将问题转化为无量纲形式。连接的负荷水平，塑性区的大小，分布的塑性应变和塑性伸长的酒吧的关系推导和比较，另一个，以前分析的梯度制剂。
2012-06-04 cond-mat.mtrl-sci
Large dilatational hyperelasticity of glasses en route to cavitation failure
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）；University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学）；CNRS, ESPCI Paris, Université PSL, Sorbonne Université, Université Paris Cité（法国国家科学研究中心、巴黎高等物理化工学院、巴黎文理研究大学、索邦大学、巴黎西岱大学）
研究揭示了玻璃在接近失效时，大和小应力三轴度下的弹性塑性变形差异，发现大三轴度下玻璃表现出强超弹性响应，而小三轴度下则伴随微空腔形成，揭示了玻璃失效的拓扑转变过程。
2026-03-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Tuning brittleness in multi-component metallic glasses through chemical disorder aging
通过混合MC-MD模拟研究多组分金属玻璃老化对剪切弹性-塑性转变的影响，揭示老化诱导的二十面体有序化与剪切转变区协同形成的内在关联，并量化了老化时间依赖的塑性重排敏感性及空间关联长度的增长。
2023-09-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Clustering of negative topological charge precedes plastic failure in 3D glasses
本研究在三维玻璃非仿射位移场中发现涡旋状与反涡旋状拓扑缺陷，揭示其数密度与塑性事件负相关，证实大尺寸负拓扑电荷团簇的大规模湮灭触发塑性屈服，为玻璃塑性变形的拓扑机制提供新见解。
2024-07-23 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Plastic deformations in crystal, polycrystal, and glass in binary mixtures under shear: Collective yielding
利用分子动力学模拟，我们研究了晶体，多晶和玻璃在一个由小颗粒和大颗粒组成的Lennard-Jones二元混合物中的二维动力学。当组分c以固定的尺寸比变化时，这些状态之间发生交叉。剪切作用于与由1800个颗粒组成的运动边界层接触的9000个颗粒的系统。用六重取向角α_j（t）和定义的无序变量D_j（t）来表示粒子的结构，其中无序变量D_j（t）表示粒子偏离六方有序的程度。塑性基本单元分为位错滑移和晶界滑移。在任何c，大规模的屈服事件发生在声学时间尺度上。此外，它们在狭窄的脆性区大量出现，形成剪切带。塑性流动的动力学是高度分层的，对于缓慢剪切具有广泛的时间尺度。我们还澄清了在体区域平均的剪切应力和壁应力施加在边界之间的关系。
2010-04-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
From metallic glasses to nanocrystals: Molecular dynamics simulations on the crossover from glass-like to grain-boundary-mediated deformation behaviour
纳米晶体金属含有大部分的高能晶界，其可以被认为是玻璃相。因此，随着晶粒尺寸的减小，已经提出了纳米晶体的变形行为与金属玻璃的变形行为的交叉。在这里，我们研究这种交叉使用分子动力学模拟大块玻璃，玻璃-晶体纳米复合材料，纳米晶体的Cu 64 Zr 36与不同的晶体体积分数引起的长时间的热退火。我们发现，晶界相的行为像一个金属玻璃的约束下，邻接的微晶。从类玻璃到晶界介导塑性的转变可分为三个阶段：（1）对于低结晶体积分数，系统类似于玻璃-晶体复合物，塑性流动局限于非晶相;（2）随着结晶体积分数的增加，微晶簇变得拥挤，力学响应主要取决于玻璃晶界的松弛状态;（3）当晶粒尺寸为$\geq$ 10 nm时，系统完全堵塞，禁止纯晶界塑性，而是导致共变形。我们观察到的逆霍尔-佩奇效应，只有在第二政权时，晶界没有深深放松。因此，不同晶界状态的实验结果在此范围内不具有直接可比性。
2018-07-04 cond-mat.mtrl-sci
Inverse design of glass structure with deep graph neural networks
直接操纵原子结构以实现特定性质是材料领域的长期追求。然而，受到无序的、非原型的玻璃结构以及结构与性能之间复杂相互作用的阻碍，这种逆向设计对于玻璃来说是令人生畏的困难。在这里，结合两个前沿技术，图神经网络和交换蒙特卡罗，我们开发了一个数据驱动的，面向属性的逆向设计路线，设法以可控的方式提高铜锆金属玻璃的塑性阻力。Swap Monte Carlo作为“采样器”有效地探索了玻璃景观，而图形神经网络在预测塑性阻力方面具有很高的回归精度，作为“决策器”来指导配置空间中的搜索。通过一种非常规的强化机制，一种几何上超稳定但能量上亚稳定的状态被解开，与通常认为的能量越高，塑性阻力越低相反。这表明了一个巨大的配置空间，可以很容易地被传统的原子模拟忽略。数据驱动技术、结构搜索方法和优化算法整合形成一个工具箱，为玻璃材料的设计铺平了新的道路。
2021-08-04 cond-mat.mtrl-sci
Origin of reversible and irreversible atomic-scale rearrangements in a model two-dimensional network glass
在这篇文章中，我们研究了模型二维网络玻璃中塑性的基本机制。通过使用Monte Carlo键切换算法生成的玻璃，并进行非热简单剪切变形，随后在选定的变形状态下卸载。这使我们能够研究可逆和不可逆的原子尺度重排的拓扑起源。结果表明，在加载过程中触发的一些事件在卸载过程中恢复，而有些则没有。因此，观察到两种基本的塑性事件，这可以链接到模型玻璃的网络拓扑结构。
2020-09-29 cond-mat.mtrl-sci
The role of plastic strain gradients in the crack growth resistance of metals
裂纹从短或长的预裂纹的前进是通过在应变梯度、弹塑性固体中的内聚区的渐进破坏来预测的。对于长裂纹和短裂纹，应变梯度的存在导致在静止裂纹尖端存在弹性区。这与以前忽略弹性应变的梯度固体的渐近分析形成鲜明对比。在裂纹尖端处的弹性奇异性的存在产生足够高以激活准解理的应力。对于长裂纹的情况下，裂纹扩展阻力曲线的预测范围很广的比率的内聚区强度屈服强度。值得注意的是，这一特点的弹性奇异性是保存短裂纹，导致严重降低拉伸延性。在定性方面，这些预测类似于那些离散位错计算，包括在裂纹尖端的无位错区的概念。
2019-02-10 cond-mat.mtrl-sci
On the geometry of topological defects in glasses
Beijing Normal University（北京师范大学）；Université Grenoble Alpes, CNRS, LIPhy（格勒诺布尔阿尔卑斯大学，法国国家科学研究中心，LIPhy）；University of Montpellier and CNRS（蒙彼利埃大学和法国国家科学研究中心）
研究揭示了三维玻璃中拓扑缺陷的几何结构与塑性行为的关系，扩展了晶体材料中已知的拓扑与能量耗散关联。
2024-11-21 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Fronts Propagation at the Onset of Plastic Yielding
塑性屈服开始的有限阈值（屈服应力）的存在是塑性力学的普遍特征。这种干扰-解除干扰的转变自然是由一个非线性内部态场的动力学来解释的。我们表明，在非热剪切转变区（STZ）理论的非晶塑性，过渡是伴随着塑性战线的传播。我们进一步表明，平均场论不能选择这些方面的速度和超越平均场的描述，包括波动和相关性的影响，导致在方程中的新的非局部项。最后，我们证明了新的条款，与相关的内在的长度尺度，提供了一个速度选择机制的塑料战线。
2008-03-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Plastic yielding in nanocrystalline Pd-Au alloys mimics universal behavior of metallic glasses
研究了固溶体对纳米晶（NC）$\mathrm{Pd}_{\mathrm{100-x}} \mathrm{Au}_{\mathrm{x}}$合金（$0 \leq \mathrm{x} < 50 \mathrm{at.\%}$）力学性能的影响。浓度已被用作控制参数，以在基本不变的微观结构（晶粒尺寸$D\approx 10\mathrm{ nm}$）下调整材料性能（弹性模量、Burgers矢量、堆垛层错能）。与粗晶面心立方合金形成鲜明对比的是，我们观察到固溶体软化增加金含量。从模型和理论的预测，明确考虑到纳米级的微观结构的影响，对浓度依赖的剪切强度已被推翻，无一例外。因此，这意味着位错活动对强度的贡献很小。事实上，我们发现剪切强度和剪切模量之间存在线性相关性，这与Johnson和Samwer [W.L. Johnson和K. Samwer，PRL 95，195501（2005）]。
2016-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscratching of metallic glasses -- An atomistic study
材料的摩擦学性能在工程应用中起着重要的作用。到目前为止，许多实验研究已经确定了摩擦学参数和机械响应之间的相关性。采用分子动力学模拟方法，研究了Cu $_{64.5}$ Zr $_{35.5}$非晶合金的纳米划痕磨损行为。法向力和横向力以及硬度值的演变遵循结晶基材的公知行为。特别是，正面堆积的产生削弱了材料对划痕尖端的响应，并导致横向硬度与正常硬度相比降低。然而，金属玻璃随着温度的升高而软化，特别是在玻璃化转变温度以上，因此显示出更高的结构松弛所施加应力的趋势。这种塑性响应进行了分析，重点对局部区域的原子进行了强冯-米塞斯应变，因为这些是剪切转换区和剪切带的基础。由这些原子占据的体积随温度而增加，但仅在玻璃化转变温度以上观察到大的增加。我们用塑性效率的概念来量化塑性的产生，它将试样内部塑性体积的产生与外部损伤的形成，即划痕槽的形成联系起来。与纳米压痕相比，纳米划痕过程中塑料体积的产生速率与温度显著相关，使得玻璃内部在较低温度下更耐损伤，但在升高的温度下更易受损伤。
2019-08-28 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Plasticity in amorphous solids is mediated by topological defects in the displacement field
非晶态固体在外加应力或变形下塑性屈服的微观机制尽管近年来有大量的研究活动，但仍然是难以捉摸的。大多数方法都试图识别未变形玻璃中可能引发塑性不稳定性的原子尺度结构“缺陷”或时空相关性。与此相反，在这里，我们表明，与塑性不稳定性相关的拓扑缺陷可以识别，而不是在静态结构的玻璃，而是在非仿射位移场变形。这些位错拓扑缺陷（DTDs）可以定量表征的Burgers电路（和由此产生的Burgers矢量），这是构建在微观非仿射位移场。我们证明了（i）DTDs是由于违反Cauchy-Born规则而导致的玻璃变形不相容的表现（ii）由此产生的平均Burgers矢量显示对应于主要塑性事件的峰，包括屈服转变处的壮观的非局部峰，这是由于反平行DTDs之间的吸引力相互作用而导致的自组织成剪切带;（iii）施密德定律的应用DTDs导致预测剪切带在45度的单轴变形，广泛观察到的实验和模拟。
2021-07-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Composition effect in the thermo-mechanical behavior of glasses, and its modelization
本研究通过分子动力学模拟比较SiO2和Cu50Zr50玻璃在剪切与拉伸变形中的热-力学行为，提出涉及应变速率敏感性与应变梯度塑性的本构定律，准确再现塑性变形引起的自加热过程。
2025-07-17 cond-mat.mtrl-sci
Anomalous Elasticity in Classical Glass-formers
非晶态固体在机械应变下易于发生塑性响应。最近的工作表明，在非晶颗粒系统中，这些典型的四极性质的塑性事件可以屏蔽弹性响应。当四极子的密度高时，四极子场的梯度充当紧急偶极源，导致机械响应的定性变化，例如在位移场中所见。在本文中，我们研究了屏蔽在经典的玻璃形成的效果。它们由通过二元力相互作用的点粒子组成。两个逆幂律力和Lennard-Jones相互作用进行检查，它表明，在这两种情况下的弹性响应可以强烈屏蔽，与新的理论。偏离经典弹性理论的程度参数化的建议的新措施，显示有一个功能依赖的能量损失的塑性响应的量。
2022-01-26 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Cycle deformation enabled controllable mechanical polarity of bulk metallic glasses
在块体金属玻璃中调节各向异性，理想情况下是各向同性的，在优化性能方面具有实际意义，并且在理解非晶结构及其不稳定性方面具有根本意义。通过采用准弹性非对称机械循环方法，我们有效地诱导了模型块体金属玻璃的机械极性，而不会损坏样品或引入显着的退火或再生效应。此外，极化滞弹性极限可以很好地控制通过调节机械循环的振幅。通过对非仿射位移的原子级分析，我们发现只有与训练方向相对应的塑性原子重排事件才能被非对称循环耗尽，而幸存的滞弹性事件控制着方向滞弹性极限。局部屈服应力的极化分布表明，局部屈服应力的机械极性是由塑性事件愈合引起的局部势能面的不对称性引起的，而不是由滞弹性应变引起的。此外，与局部残余应力的重新分布相关联的塑性事件的愈合指示由不对称循环引起的极性的起源。我们的研究是至关重要的，这进一步加深了我们对金属玻璃的机械变形的理解，并揭示了通过诱导各向异性改善性能的前景。
2021-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Plastic deformation of rough metallic surfaces
我们目前的实验和理论结果的塑性变形金属（铝）块的表面形貌。当一个表面光滑的硬球体（这里是一个钢球、石英玻璃球或氮化硅球）压入一个表面平坦但仍然粗糙的金属块时，由于塑性流动，会产生一个球杯状的压痕。然而，凹进区域中的表面粗糙度并不完全平坦。粗糙度的长波长（宏观粗糙）含量是由原始（铝）表面上的粗糙度引起的，但是现在塑性变形。在塑性变形的宏观粗糙接触区，短尺度的粗糙度是由硬球表面的粗糙度和不均匀的塑性流动引起的。我们使用边界元法，结合一个简单的数值计算过程，考虑到塑性流动的接触力学模型。该理论可以半定量地描述塑性流动对粗糙度的修正。由于在大多数情况下，金属密封的流体泄漏是由长波长粗糙度，我们预测，泄漏可以估计的基础上，这里采用的弹塑性接触力学模型。某些玻璃态聚合物表面的塑性形变与我们观察到的铝表面的塑性变形有很大不同，我们将其归因于强的加工硬化和聚合物的不均匀塑性流动。因此，这里提出的计算塑性流动的数值方法不能应用于一般的玻璃态聚合物。
2020-06-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.app-ph
Vortex Plastic Flow, $B(x,y,H(t)), M(H(t)), J_c(B(t))$, Deep in the Bose Glass and Mott-Insulator Regimes
我们提出了模拟磁通梯度驱动的超导涡旋相互作用的强柱状钉扎缺陷作为一个外部场$H(t)$是准静态地从零扫过匹配场$B_ϕ$。我们分析了几个可测量的量，包括局部磁通密度$ B(x,y,H(t))$，磁化$M(H(t))$，临界电流$J_{c}(B(t))$，和个人的涡流路径。我们发现一个显着的变化，这些数量的行为作为当地的磁通密度穿过$B_ϕ$，并量化它的许多微观钉扎参数。此外，我们发现，对于一个给定的引脚密度$J_c(B)$可以提高引脚之间的距离最大化$ B < B_ϕ $。
1996-02-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con supr-con
Predicting plasticity of amorphous solids from instantaneous normal modes
通过将瞬时简正模（INMs）的概念扩展到变形系统，给出了非晶态固体变形和塑性的数学描述，从而保留了应变对振动态密度（VDOS）的影响。从非仿射晶格动力学（NALD）描述的弹性和粘弹性的玻璃，我们制定的线性响应理论大变形考虑应变相关的切线模量在有限值的剪切应变。的（非仿射）切线剪切模量计算的振动态密度（VDOS）的仿射应变配置在不同的应变值。在玻璃的静态（未变形）快照上分析发现的仿射应变导致了富含软低能模式以及不稳定模式（负本征值）的配置，如果在应变后让系统松弛，则这些模式将被完全“洗掉”和丢失。该过程与NALD的结构完全一致。变形状态的INM谱允许分析预测模型玻璃的应力-应变曲线，包括预测屈服点。良好的无参数定量协议之间的预测和模拟的无热准静态剪切的粗粒度聚合物玻璃。
2022-06-01 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Raman measurement of irreversible shear in SiO$_2$ glass
拉曼光谱是研究SiO $_2$基玻璃中局部形变和结构变化的有用实验工具。在本文中，我们表明，剪切塑性流动影响的拉曼光谱的上半部分的拉曼光谱的大样本中使用的半经典建模。我们将这些变化的结构修改，以及在相同的频率范围内计算的振动模式的详细分析。这些结果打开了大门，在硅基结构的塑性损伤的原位监测。
2015-02-03 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Fracture Toughness of Metallic Glasses: Ductile-to-Brittle Transition?
对金属玻璃的断裂韧性，包括相关的韧脆转变的定量理解，还没有。在这里，我们使用一个简单的塑性形变的玻璃模型，再加上一个先进的欧拉水平集制定解决复杂的自由边界问题，计算金属玻璃的断裂韧性作为一个功能的结构松弛度对应于不同的退火时间附近的玻璃温度。我们的主要结果表明，充分放松的玻璃的弹塑性裂纹尖端的不稳定性的存在，导致在韧性的显着下降，我们解释为类似于实验观察的延性到脆性的转变。
2012-07-17 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Dynamics of shear-transformation zones in amorphous plasticity: large-scale deformation in a two-dimensional geometry
本文对Falk和Langer的二维剪切转变区理论进行了数值研究。两种不同的几何形状被用来模拟单轴拉伸实验，材料受到恒定的应变率。在第一种设置中，给一个矩形试样一个难以察觉的压痕，使其在中心颈缩。通过改变STZ的应变能力（ε_0）和外部应变速率，系统地探索了动力学。较高的ε_0值增加塑性流动并导致较尖锐的颈部。外部应变率的值的降低导致形成窄的剪切带，与模型中没有热松弛机制相一致。在第二种配置中，探索了预退火材料的等效物。在这里，样品最初是方形的，边缘是粗糙的，以促进剪切带的形成。对于ε_0和外部应变率，结果显示出与颈缩模拟相似的趋势。通过使用低初始密度的STZ来模拟预退火。当ε_0很大时，这有最大的影响，有助于应变的局部化，使材料看起来更脆。
2005-09-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Shear banding in metallic glasses described by alignments of Eshelby quadrupoles
金属玻璃在低于玻璃化转变温度时发生的塑性形变导致剪切局部化形成剪切带。据信，剪切带起源于具有四极对称性的单个应力集中区。为了阐明剪切带形成的基本机制，使用透射电子显微镜对剪切带进行了微观结构研究。在这里，我们展示了一个特征签名存在于剪切带中的正弦密度变化的形式表现的证据。我们提出了一个解析解观察到的变形后的状态来自连续介质力学使用的四极应力场扰动的塑性事件对齐。由于我们观察到的三种不同类型的金属玻璃，跨越整个范围内的金属玻璃的特征性质的定性相似的功能，我们得出结论，报告的变形行为是通用的所有金属玻璃，因此具有深远的影响一般的非晶态固体的变形行为。
2017-01-17 cond-mat.mtrl-sci
An assessment of the J-integral test for a metallic foam
通过有限元模拟与实验相结合，对开孔泡沫铝合金初始裂纹扩展的J积分测试程序进行了评估。实验发现，一个区域的随机失败的支柱发展领先的主裂纹尖端，是可比的塑性区的大小。因此，裂纹尖端J场是不存在的裂纹扩展的初始从主裂纹尖端。这意味着，尽管试样尺寸满足J有效性的通常标准，但测得的J_IC值和J与裂纹扩展Da曲线不能被视为材料特性。在单边缺口弯曲试样上进行了韧性试验，并通过直流电位降法、数字图像相关法和X射线计算机断层成像法测量了裂纹扩展。泡沫的裂纹扩展阻力与两个不同的塑性耗散区相关：（i）从裂纹尖端发出的体塑性区（包含一组随机失效的支柱），以及（ii）前进裂纹尖端后面的裂纹桥接区。的适用性的凝聚力区域模型预测断裂响应进行了探讨所观察到的情况下，大规模的桥接。要做到这一点，FE模拟是通过用可压缩的、弹塑性硬化的固体代替开孔金属泡沫的离散晶格来进行的，而泡沫中的断裂过程区由内聚区表示，其特征在于拉伸牵引与分离定律。的内聚区模型与实验观察的详细比较表明，它是可能的捕获的负载与位移响应，但不使用一组过程区参数的断裂过程区的细节。
2020-04-02 cond-mat.mtrl-sci
Oscillatory Instabilities in Frictional Granular Matter
无摩擦条件下，普通玻璃和非晶态固体对外部应变的塑性响应是完全不同的。虽然常规玻璃由于海森矩阵的实本征值的消失而表现出塑性不稳定性，但摩擦颗粒材料可以表现出先前未注意到的不稳定性的附加机制，即一对复本征值的出现导致扰动的振荡指数增长，其被动力学非线性驯服。这种根本的区别对于理解摩擦颗粒材料的塑性和破坏是至关重要的。地震物理学的可能相关性进行了讨论。
2019-01-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Shear banding instability in \remove{high entropy} multi-component metallic glasses: Interplay of composition and short-range order}
准静态驱动的块状金属玻璃中的剪切带不稳定性来自集体动力学，由剪切转变区和相关的非局部弹性相互作用介导。从现象学上也知道，剪切带的尖锐结构特征通常与塑性屈服转变的尖锐度相关，在通常研究的由多种不同元素组成的合金中占主导地位，这些元素具有非常不同的原子半径。然而，在相反的极限\remove{of high-entropy multicomponent alloys,}中，其中元素的半径相对相似，块体金属玻璃的塑性屈服高度依赖于组成和有序特征。特别是，一个已知的机制在发挥作用，涉及到形成的短程秩序为主的二十面体为基础的集群。在这里，我们报告的原子模拟的多组分金属玻璃具有不同的化学成分，应变局部化的程度在很大程度上是由成分驱动的二十面体有序和集体驱动的剪切转变区之间的相互作用控制。通过改变成分，应变局部化的范围从扩散均匀化的模式，以奇异的裂纹状的功能。我们通过测量与局部原子结构密切相关的原子对塑性重排的敏感性来量化动态屈服跃迁。我们发现，丰富的短程有序的二十面体内重排区增加玻璃材料的离域应变的能力。塑性屈服的类型通常可以通过表征元素关联的常用成分描述符（错配参数$δ_a$）以及不常见的成分描述符（如剪切带宽度和剪切带动力学相关参数）来定性推断。
2021-10-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
