Bending, Nanoindentation and Plasticity Noise in FCC single and poly crystals
我们提出了一个高通量的纳米压痕研究原位弯曲的影响初期塑性形变行为的多晶和单晶纯铝和纯铜在超纳米深度（<200 nm）。我们发现，硬度显示一个统计上的反向依赖于面内应力的压痕深度小于10纳米，和依赖性消失的压痕深度更大。此外，在纳米压痕力和位移的塑料噪声显示统计上稳健的噪声功能，独立于所施加的应力。我们的实验结果表明，FCC晶体中存在一个制度，超纳米硬度是敏感的残余施加应力，但塑性弹出噪声是不敏感的。
2019-10-21 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nanoindentation-induced deformation twinning in MAX phase Ti$_2$AlN
研究了MAX相Ti 2AlN的塑性形变机制。利用纳米压痕技术在单颗粒中诱导塑性形变，并利用聚焦离子束（FIB）技术在颗粒的截面中提取出透射电镜（TEM）薄片。通过结合TEM观察和自动晶体取向映射（ACOM），高度错位域（HMD）已被揭示低于纳米压痕印记。由于这些HMD之间的相对晶体取向的仔细分析，{11-22}和{11-21}变形孪晶已被确定为第一次在MAX阶段。复杂的结构，涉及二次孪生或不同的{11-22}孪生变体也已被表征。
2022-01-26 cond-mat.mtrl-sci
Deformation mechanism of WC single crystals under nanoindentation: Effects of surface defects and orientation on pop-in and hysteresis
在基底（0001）和棱柱（1010）平面上的纯碳化钨（WC）上进行纳米压痕，使用布氏压头和球形压头，在单载荷和多载荷测试中。研究了WC的弹性-塑性形变、尺寸效应和滞后效应等载荷-位移曲线与WC变形行为的关系。随着不同的试样制备工艺，弹性到塑性形变开始在不同的阈值负载：这一观察被发现是由于表面位错密度的变化。观察到的阶梯变形被认为是由位错运动和滑移带的形成引起的;与位错环成核相关的载荷-位移响应中的突然位移不连续性发生在理论剪切强度处或附近。此外，载荷-位移曲线中的不连续性也被用来证实滞后回线是塑性形变的结果，就像它们在载荷为纯弹性时一样。
2022-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Molecular dynamics simulation of nanoindentation on nanocomposite pearlite
采用纳米压痕分子动力学模拟研究了铁素体和铁素体交替层组成的珠光体纳米复合材料的变形行为与铁素体尺寸和温度的关系。我们发现，位错的传播不是通过相干传输，而是在位错层中形成广泛的塑性形变。我们还表明，提高温度增强的铁素体层中的塑性应变的分布，从而减少了作用在铁素体层上的应力。因此，增厚的碲酸盐层或升高的温度降低了位错通过碲酸盐层传播的可能性。这一发现对珠光体中珠光体层阻挡位错的机理有一定的解释作用。
2016-03-16 cond-mat.mtrl-sci
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
Discrete Dislocation Dynamics Simulations of Nanoindentation with Pre-stress: Hardness and Statistics of Abrupt Plastic Events
在机械加载过程中，晶体塑性屈服面可以从不同的方向逼近。我们认为纳米压痕和拉伸载荷之间的竞争对塑性屈服。为此，我们开发了一个二维离散位错模型，然后利用该模型来研究在拉伸预应力下单晶纳米压痕过程中的硬度和弹出事件统计。压痕是通过使用圆柱形（2D中的圆形）压痕与不同的半径和位移和载荷控制下进行。拉伸面内应力，从零到屈服强度变化，被分配到调查的硬度和弹出统计预应力的效果。在小的压痕深度，测得的硬度被发现是较小的较大的拉伸预应力，因此，我们得出结论，纳米压痕可用于检测塑性。当压痕深度较大时，预应力的影响很小。此外，我们讨论了事件统计和预应力的相关影响。
2017-07-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
A Closer Look at the Light Induced Changes in the Visco-elastic Properties of Azobenze-Containing Polymers by Statistical Nanoindentation
采用纳米压痕技术，在偶氮苯分子的吸收带内，对含偶氮苯聚合物薄膜的力学性能进行了统计测量，重点研究了薄膜的蠕变行为和可恢复性。我们使用分散红1偶氮苯衍生物，它在黑暗中保持稳定的反式异构体状态，并在光照下形成顺式和反式异构体之间的动态光稳态。光诱导的薄膜硬度比弹性刚度更高的变化，揭示了在照明下的膜的粘塑性行为的发生。在恒定载荷下进行的蠕变实验显示出与偏振照明下的质量流动有关的显著耗散效应。
2015-06-01 cond-mat.mtrl-sci
Plastic deformation mechanisms during nanoindentation of W, Mo, V body-centered cubic single crystals and their corresponding W-Mo, W-V equiatomic random solid solutions
本研究通过分子动力学模拟对比纯W、Mo、V体心立方单晶及W-Mo、W-V等原子比随机固溶体的纳米压痕塑性机制，发现W-V固溶体塑性区显著受抑，为多组元合金力学性能设计提供新路径。
2023-08-23 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Grain boundary effect on nanoindentation: A multiscale discrete dislocation dynamics model
纳米压痕是一种利用低载荷和小压痕深度在小尺度上研究材料力学性能的简便方法。然而，晶界（GB）对纳米压痕响应的影响仍然不清楚，需要通过详细调查在纳米压痕过程中位错和GB之间的相互作用进行研究。在目前的工作中，我们采用了三维多尺度建模框架，耦合三维离散位错动力学（DDD）与有限元方法（FEM）研究GB对铝双晶纳米压痕行为的影响。位错和GB之间的相互作用的物理模型在一个可穿透GB，其中堆积的位错可以穿透GB和位错碎片在GB可以发射到晶粒中的全位错。在模拟中，我们证实了两个实验观察到的现象，即，弹出事件和压痕硬度的依赖性从GB的距离。观察到两个pop-in事件，其中初始pop-in事件与位错的激活和增殖有关，而GB pop-in事件则是位错通过GB传输的结果。通过改变压头与GB之间的距离，模拟表明，压痕硬度随着GB-压头距离的减小而增加。一个定量模型已制定的压痕硬度压痕深度和GB压头距离的依赖关系，由堆积的几何必要的位错在塑性区中产生的背应力和附加的约束所施加的GB上的塑性区的大小。
2019-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Nanoindentation of Porous Bulk and Thin Films of LSCF
在本文中，我们展示了如何可靠的测量多孔陶瓷薄膜可以通过适当的纳米压痕实验和分析。采用纳米压痕法研究了混合导电钙钛矿材料LSCF 6428的室温力学性能。使用球形压头，使得接触面积远大于多孔微结构的尺度。在900- 1200 ℃烧结后，随着孔隙率从45%降低到5%，块体样品的弹性模量从33.8 GPa增加到174.3 GPa，硬度从0.64 GPa增加到5.32 GPa。压头下的致密化被认为对所测量的弹性模量的影响很小。致密样品中的残余孔隙率被发现占压痕和脉冲激励测量的弹性模量之间的差异。通过在900- 1200 ℃下烧结，还制备了具有可接受的压痕表面粗糙度的无裂纹LSCF 6428膜。可靠的测量薄膜的真实性能，通过数据外推法提供的压痕深度与薄膜厚度的比率是在0.1至0.2的范围内。对于给定的孔隙率，膜和块体材料的弹性模量近似相等。采用纤维束扫描电镜（FIB-SEM）对压痕前后薄膜的三维微观结构进行了表征。实际微结构的弹性形变的有限元建模显示出与纳米压痕结果的极好的一致性。
2015-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Deformation Behaviour of Ion-Irradiated FeCr: A Nanoindentation Study
了解结构钢的塑性机制对于下一代聚变反应堆的运行至关重要。元素组成，特别是存在的Cr的量，和辐照可以对铁素体/马氏体钢的机械性能具有单独和协同作用。离子辐照FeCr合金的研究有助于从机理上理解钢的辐照损伤。之前对离子辐照FeCr的研究并未明确区分引发塑性的位错成核与随着塑性的发展它们在材料中的传播。在这项研究中，Fe 3 Cr，Fe 5 Cr，和Fe 10 Cr与20 MeV的Fe $^{3+}$离子在室温下照射到标称剂量为0.01 dpa和0.1 dpa。纳米压痕进行了与Berkovich和球形压头的提示，以研究位错的成核和随后的传播。辐照诱导缺陷的存在降低了位错形核的理论剪应力和势垒。Cr的存在进一步增强了这种效果，由于增加保留的辐照缺陷。然而，与来自预先存在的源（例如Frank-Read源和晶界）的位错成核相比，这种组合效应仍然很小。FeCr的屈服强度随辐照损伤和Cr含量的增加而增加，是位错活动性的一个指标。由于Cr的存在而增加的辐照缺陷的保留也进一步增加了屈服强度。辐照后还观察到加工硬化能力降低。Cr和辐照损伤的协同效应对FeCr中位错的传播比其形核更重要。
2021-07-19 cond-mat.mtrl-sci
Scratching the surface: Elastic rotations beneath nanoscratch and nanoindentation tests
在本文中，我们研究了在（001）Cu单晶上使用两个方向的Berkovich尖端的纳米划痕试验附近的残余变形场。我们比较的变形与压痕，在试图了解切向滑动的变形机制。利用高分辨电子背散射衍射（HR-EBSD）技术，在聚焦离子束（FIB）制备的横截面上对晶格旋转场进行了实验映射。基于物理的晶体塑性有限元模型（CPFEM）用于模拟晶格旋转场，并提供对纳米划痕实验周围的3D旋转场的深入了解，因为它从初始静态压痕过渡到稳态划痕。CPFEM模拟捕捉实验旋转场具有良好的保真度，并显示如何扭转的划痕方向的旋转作为压头远离初始压痕移动。
2020-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Decoupling Strain-Rate Sensitivity and Deformation Length Scale Effects in Neutron-Irradiated Tungsten: A Coupled Nano-Indentation, HR-EBSD and Crystal Plasticity Study
Indian Institute of Science（印度科学学院）；University of Oxford（牛津大学）；UK Atomic Energy Authority（英国原子能管理局）
研究中子辐照钨中应变速率敏感性和变形长度尺度效应的耦合，采用球形纳米压痕等方法及CPFE建模，校准并验证模型，发现应变速率和压痕深度分别控制不同方面，该框架可用于相关材料本构建模。
2026-11-06 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic Field Tunable Small-scale Mechanical Properties of Nickel Single Crystals Measured by Nanoindentation Technique
纳米和微磁性材料在微功能器件中得到了广泛的应用。然而，测量小尺度的机械和磁机械性能是具有挑战性的，这限制了新产品的设计和智能设备的性能。发展了一种新的磁力纳米压痕技术，并在饱和磁场存在和不存在的情况下对镍单晶进行了测试。小尺度参数如杨氏模量、压痕硬度和塑性指数依赖于所施加的磁场，这与它们的宏观尺度对应物有很大不同。导致模量增加31%和硬度降低7%的可能机制（即，分析和讨论了磁致伸缩效应和位错与磁场的相互作用。研究结果可用于可调谐机械谐振器和磁场传感器等微型化应用。
2014-04-03 cond-mat.mtrl-sci
Electric-field-tunable mechanical properties of relaxor ferroelectric single crystal measured by nanoindentation
采用纳米压痕技术研究了弛豫铁电材料Pb（Mn 1/3 Nb 2/3）O3-PbTiO 3的电场效应.报道了巨电场可调的表观弹性模量（高达-39%）、硬度（-9%至20%）和能量耗散（高达-13%）。基于实验数据，提出了一种机电耦合纳米压痕的表征方法。该方法可以确定铁电材料弹性模量、硬度和压痕功之间的电场可调标度关系。此外，该方法还可以得到与电场相关的弹性模量和硬度，避免了Oliver-Pharr方法中接触面积的估算。最后，正、负电场对弹性模量的不同影响可以用挠曲电效应来解释。
2014-02-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High-throughput nanoindentation mapping of cast IN718 nickel-based superalloys: influence of the Nb concentration
局部机械性能，化学成分和晶体学取向的高通量相关性研究已进行了在选定的地区的铸造Inconel 718试样进行三种不同的回火。试样在枝晶臂尺度上表现出强烈的Nb偏析，局部Nb含量在2wt.%在枝晶臂的核心中添加至8重量%在枝晶间区域和25重量%在第二相颗粒（MC碳化物、Laves相和δ相针状物）中。纳米硬度与局部Nb含量和回火条件密切相关。相反，压痕弹性模量不受局部化学成分或回火条件的影响，但直接与晶粒取向，由于高弹性各向异性的镍合金。
2021-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Mechanical softening and enhanced elasticity of lunar olivine probed via nanoindentation and high-pressure X-ray diffraction measurements
本文通过纳米压痕和高压X射线衍射测量发现月球陨石NWA 12008中橄榄石比地球橄榄石更软且更具弹性，并结合两种测量结果建立模型，揭示了宏观效应与化学键效应对弹性模量软化的共同贡献。
2025-02-10 astro-ph.EP cond-mat.mtrl-sci
Atomistic simulations of nanoindentation in single crystalline tungsten: The role of interatomic potentials
计算建模通常用于辅助先进材料的实验探索，以更好地理解力学测试过程中的基本塑性机制。在这项工作中，我们进行分子动力学（MD）模拟模拟实验室的球形纳米压痕晶体W矩阵不同的原子间的潜力：EAM，修改的EAM，和最近开发的机器学习基于制表高斯近似势（tabGAP）描述的W-W的相互作用。结果表明，载荷位移和应力-应变曲线之间的相似性，无论数值模型。然而，在弹性到塑性形变转变的早期阶段观察到的差异，显示出不同的机制，位错的形核和演化，这是由于伯格斯矢量大小的差异，堆垛层错和位错滑移能。此外，还考虑了大压头尺寸下的接触压力，对加载过程中的螺位错和刃位错进行了详细的分析。此外，我们还计算了在所有原子间相互作用势下这种位错的滑移势垒，结果表明，tabGAP模型的计算结果与密度泛函理论的计算结果相比是最精确的，并且与已有的实验数据定性一致
2022-12-11 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Orientation-Resolved Nanoindentation of Single Crystal Ti-15Mo: Inverted Elastic Anisotropy and Yield-Onset Behavior Beyond Simple CRSS Predictions
Yale University（耶鲁大学）；Charles University（查理大学）；University of Tennessee（田纳西大学）
结合EBSD与纳米压痕，研究单晶Ti-15Mo的纳米力学各向异性，发现其弹性各向异性反演、屈服起始取向依赖且无法被简单CRSS/施密德因子模型复现，残留热ω相或为关键因素。
2026-10-14 cond-mat.mtrl-sci
An application of the catastrophe theory to building the model of elastic-plastic behaviour of materials. An application of the catastrophe theory to building the model of elastic-plastic behaviour of materials. Part 1. Uniaxial deformation (stress)
考虑了单轴弹性-塑性形变过程。建立了该过程的数学模型。根据这个模型，所有稳定的静态都形成了这个格子，称为三角格子。
2001-11-16 cond-mat.mtrl-sci
An application of the catastrophe theory to building the model of elastic-plastic behaviour of materials. Part 2. 3D model
考虑了三维弹性-塑性形变。突变理论是构建这一过程模型的基础。结果表明，在剪应力强度和剪应变强度坐标系下，稳定状态的变化是由弹性状态组成的，可以用平面上的点阵来描述。
2001-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Co-development of significant elastic and reversible plastic deformation in nanowires
当材料经受外加应力时，材料将经历可恢复的弹性形变，随后在外加应力超过材料的屈服应力时的点处发生永久性塑性形变。微观上，塑性的开始通常表明位错运动的激活，这被认为是塑性形变的主要机制。一旦开始塑性形变，由于加工硬化引起的流动应力的有限增加，进一步的弹性形变可以忽略不计。在这里，我们提出的实验证据和定量分析的同时发展的显着的弹性形变和位错为基础的塑性形变在单晶GaAs纳米线（NW）弯曲变形下的总应变~ 6%。观察是在鲜明的对比，以前的概念，关于变形模式。当外部应力释放时，大部分塑性形变会自发恢复，因此类似于弹性形变过程。
2013-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Inference and Prediction of Nanoindentation Response in FCC Crystals: Methods and Discrete Dislocation Simulation Examples
纳米压痕是一种用于探测晶体材料的机械性能的常用技术，其表现出与母晶体的弹性和塑性相关的表面和体积主导的响应。对于面心立方晶体，纳米压痕响应主要由压痕晶粒的晶体取向和位错密度控制。然而，压痕性能，如硬度，在纳米级由于尖端特定的尺寸效应具有模糊的意义。通过广泛的离散位错动力学模拟平冲纳米压痕FCC单晶，我们表明，一个一对一的对应关系之间的缩进位置和预先存在的位错密度是可能的统计，机器学习算法的帮助下。我们聚类和分类不同的位错密度和/或晶体取向的各种实验合理的合奏，使用纳米压痕力-深度曲线或后的表面位移图像。我们使用这种分类来统计预测给定位置的纳米压痕响应，通过分类的载荷-位移曲线的平均响应。此外，我们表明，我们的模拟结果与常见的FCC单晶的实验数据定性一致。最终，我们提出了一种新的途径，以揭示更完整的，非破坏性的，微观结构表征，通过纳米压痕的局部表面材料性能的深度依赖性。
2020-02-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Room-temperature dislocation plasticity in ceramics: Methods, Materials, and Mechanisms
本综述针对传统观点认为陶瓷室温无位错塑性的认知局限，收集介观-宏观尺度室温位错塑性证据，介绍实验方法与44种相关陶瓷，讨论位错力学机制，为开发位错基技术奠定基础。
2025-04-06 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
Effect of material stiffness on hardness: a computational study based on model potentials
我们研究了材料的硬度与其弹性刚度的关系。这是可能的，通过构建一系列的模型潜力的莫尔斯类型;开始对自然铜建模，模型潜力表现出增加的弹性模量，同时保持所有其他潜在的参数（晶格常数，键能）不变。利用分子动力学模拟，我们对这些模型晶体进行了纳米压痕实验。我们发现晶体硬度与弹性刚度成比例。此外，当塑性开始时经历的载荷下降与弹性刚度成比例地增加，而屈服点，即，塑性开始的压痕与弹性刚度无关。
2008-08-08 cond-mat.mtrl-sci
Nanoindentation simulations for copper and tungsten with adaptive-precision potentials
提出融合EAM与ACE的自适应精度势并用于Cu和W纳米压痕模拟，在保留ACE塑性机制的同时实现20-30倍加速。
2025-05-19 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
A multiplicative finite strain crystal plasticity formulation based on additive elastic corrector rates: Theory and numerical implementation
连续塑性模型的目的是有效地预测结构超过其弹性限度的行为。多尺度材料科学模型，其中包括晶体塑性模型，其目的是了解材料的行为，并为给定的目标设计材料。目前成功的连续超弹塑性模型是基于晶体塑性的乘法分解，但这两种方法的计算框架仍然存在显着差异，比较不简单。在以前的工作中，我们提出了一个理论乘法连续弹塑性解决了许多长期存在的问题，保持吸引人的结构添加剂无穷小威尔金斯算法。在这项工作中，我们将理论扩展到晶体塑性。我们证明了晶体塑性的新公式是平行的，可以与连续塑性相比较，保留了框架的吸引人的方面：（1）运动学的简单性，达到与无穷小框架的平行性;（2）非常大的弹性应变和无限制类型的超弹性行为的可能性;（3）连续体理论的直接纯向后欧拉算法实现，避免了算法驱动的指数映射，但保持了等容流;（4）公式中没有Mandel型应力;（5）由于使用了弹性校正率的流动法则，因此具有客观性和构造的弱不变性。我们比较了我们的晶体塑性配方与经典配方Kalidindi和Anand的基础上二次应变和指数映射更新的塑性形变梯度的结果。
2020-12-16 cond-mat.mtrl-sci
High-temperature behavior of amorphous alumina coatings: Insights from in-situ nanoindentation and X-ray diffraction studies
研究通过原位纳米压痕和X射线衍射分析，探讨了非晶氧化铝涂层在高温下的机械性能及相变行为，揭示了高温下材料塑性增强的机理及结构稳定性。
2026-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Elastic vs. plastic strain relaxation in coalesced GaN nanowires: an x-ray diffraction study
自发形成的GAN纳米线的密集阵列中的聚结通过集束进行：相邻纳米线在其顶部弯曲并合并，从而以弯曲的弹性能为代价降低其表面能。我们给这个捆绑过程的能量的理论描述。的弯曲能量被证明是通过在聚结关节的位错的创建大大减少。实验和计算的X射线衍射曲线的比较，从合奏的捆绑纳米线表明，很大一部分的弯曲能量确实是放松的塑性形变。残余弯曲通过衍射轮廓的延伸尾部来表现。
2016-08-26 cond-mat.mtrl-sci
Analytic prediction of yield stress and strain hardening in a strain gradient plasticity material reinforced by small elastic particles
采用各向同性应变梯度塑性框架，研究了分散在基体中的弹性小颗粒对宏观加工硬化的影响。一个解析解，最近开发的屈服强度模型的基础上提出的。该模型考虑了颗粒尺寸和弹性特性的随机变化，并在2D/3D材料单元模型中对FE解决方案进行了数值验证。只要典型的颗粒半径远小于材料的长度尺度，考虑到颗粒的体积分数不是太大（$<10\%$）和颗粒/基体弹性失配是在一个现实的范围内，发现良好的协议。最后，该模型被增强到占加强贡献的剪切颗粒使用经典的线张力模型，并成功地校准对实验拉伸数据的$Al-2.8wt\%Mg-0.16wt\%Sc$合金。
2021-10-22 cond-mat.mtrl-sci
Partial differential equations to determine elasto-plastic stress-strain behavior from measured kinematic fields
当控制塑性形变的流动规则未知时，推导了一组偏微分方程（PDE），由观测的运动学场计算全场应力。这些方程推广了以前提出的假设没有弹性的纯塑性行为的方程。本文还提出了一种数值求解这些方程的方法。除了力的平衡，方程推导出的变形梯度的弹塑性分解，假设各向同性，并假设映射的弹性应变应力的函数是已知的。方程组可以直接应用于复杂的几何形状，有限变形，非线性弹性和塑性，可压缩材料，率相关材料，和各种硬化规律。这个系统的偏微分方程是非线性和时间依赖性。此外，它克服了一个重要的限制：它可以直接应用于身体的一些区域弹性变形，而其他区域弹塑性变形的情况。一个二维的单轴拉伸试样的颈缩的情况下，研究来说明和验证的方法。使用从有限元模拟输出的应变场对控制方程进行数值求解，并针对显示准确结果的相同模拟进行验证。
2023-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Thermally Activated Plasticity in Single-Crystal Titanium: A Molecular Dynamics Study of Nanoscale Deformation
本文利用大规模分子动力学模拟研究单晶α-Ti在不同取向和温度下的纳米压痕，揭示热激活如何调控位错形核、滑移系竞争及表面形貌。
2025-09-27 cond-mat.mtrl-sci
Numerical Investigation of Mechanical Properties of Aluminum-Copper Alloys at Nanoscale
纳米压痕是一种强大的工具，能够提供在纳米尺度上的材料弹性和塑性响应的基本见解。纳米尺度的合金特别有趣，因为原子研究揭示的局部异质性和变形机制为理解硬化机制提供了更好的方法，以构建更坚固的材料。本文采用原子模拟的方法研究了Al-Cu合金中的纳米压痕，通过位错驱动机制研究了加载方向、Cu合金化比例对压痕的影响。此外，一个低保真度的有限元（FE）模型已被开发用于纳米压痕模拟，其中纳米级材料的属性是从原子模拟。材料性能，如硬度和折合模量，计算从FE和MD模拟，然后比较。考虑到这两种数值方法之间的根本差异，从本研究中得到的有限元结果符合相当从MD模拟。这为在不需要高保真度结果的情况下使用FE以减少的模拟时间和成本找到合金的材料特性铺平了道路。计算结果包括载荷-位移分析、位错密度、位错环形核与扩展、应力分布和表面压痕。本文所采用的将原子数据纳入有限元模拟的技术可以进一步扩展，以寻找其他复杂合金材料的力学和断裂性能。
2020-09-29 cond-mat.mtrl-sci
Size effects in elastic-plastic functionally graded materials
我们开发了一个应变梯度塑性公式的复合材料与空间变化的体积分数来表征功能梯度材料（FGMs）的尺寸效应。该模型基于应变梯度塑性力学理论，并通过线性均匀化方法确定有效性能。几个范例的边值问题进行了数值研究，以深入了解与塑性应变梯度和几何必要位错（GNDs）的强化效果。微尺寸的功能梯度箔的弯曲分析显示出显着的刚度响应与厚度减小。显微硬度测量从压痕揭示了一个显着的增加，随着压头尺寸减小。并且裂纹附近的大位错密度显著提高了开裂的FGM部件中的应力。我们全面评估了长度尺度参数和材料级配剖面的影响，以准确表征微尺度响应并识别功能梯度材料中GND相关性的机制。
2018-07-24 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
A multiplicative finite strain formulation for void growth models using elastic correctors
提出一种基于弹性校正子和Kroner-Lee分解的大应变非等容塑性变形公式，以GTN屈服函数为例展示其运动学关系及隐式算法实现。
2024-07-29 cond-mat.mtrl-sci
The effect of elastic-plastic mismatch and interface proximity on the fracture toughness of Ti-TiN thin films
本研究通过微悬臂梁试验量化了Ti-TiN多层膜中弹塑性失配对裂纹驱动力的影响，发现250 nm Ti层可使断裂阻力提升近十倍，为优化金属中间层厚度提供物理依据。
2025-06-23 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic effect of regular particle distribution in elastic-plastic composites: The modified tangent cluster model and numerical homogenization
本文提出一种基于修正切线线性化的簇模型，用于预测规则颗粒排列下金属基复合材料和多孔金属的弹塑性响应，并通过有限元均匀化验证了其在夹杂体积分数达40%时的准确性。
2024-08-05 cond-mat.mtrl-sci
Yielding and irreversible deformation below the microscale: Surface effects and non-mean-field plastic avalanches
纳米压痕技术最近发展到外部负载条件下测量晶体的机械响应揭示了新的现象后，减少样品尺寸低于微米尺度。在小的长度尺度下，材料对不可逆变形的抵抗力取决于样品的形态。在这里，我们研究的机制，屈服和塑性流动的内在小晶体单轴压缩。离散的结构重排在应力-应变曲线中表现为一系列突然的不连续性。我们得到的理论依赖的屈服应力系统的尺寸和几何形状和阐明的统计特性的塑性形变在这样的尺度。我们的研究结果表明，位错存储的情况下，导致至关重要的影响塑性事件的统计，最终影响在较大尺度上观察到的普遍标度行为。
2011-06-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
A dislocation-based explanation of quasi-elastic release in shock-loaded aluminum
对冲击压缩铝中的准弹性释放现象提出了一种新的解释。采用位错模型，考虑了位错亚结构及其演化，模拟了单晶铝和多晶铝的弹塑性响应。计算结果与实验结果吻合良好，不仅从速度剖面，而且剪切强度和位错密度，这表明我们的模拟的准确性。模拟结果表明，动态变形过程中位错的固定导致屈服应力的平稳增加，从而导致准弹性释放，而塑性释放波引起的位错的产生导致轮廓中出现准弹性释放和塑性释放之间的过渡点。
2016-09-27 cond-mat.mtrl-sci
Influences of Granular Constraints and Surface Effects on the Heterogeneity of Elastic, Superelastic, and Plastic Responses of Polycrystalline Shape Memory Alloys
采用实验和模拟相结合的方法研究了多晶记忆合金在超弹性应力作用下的变形不均匀性。原位X射线衍射，特别是远场高能衍射显微镜（ff-HEDM）技术被用来非破坏性地测量的位置，晶体取向，弹性应变张量和体积为数百个奥氏体晶粒在超弹性加载的镍钛（NiTi）形状记忆合金的晶粒平均统计。该实验数据还用于在有限元模型内创建合成微结构。然后，利用各向异性弹性力学模拟拉伸加载过程中的晶内应力的发展。从这些应力中计算出相变和滑移的驱动力。单个奥氏体晶体的晶粒平均响应检查之前和之后的多个应力诱导的转变事件表明，在试样内部的晶粒进行更多的应力和塑性变形小于表面晶粒的超弹性响应摇下来。单个晶粒内的异质性检查表明，晶界附近的区域表现出较大的应力变化相比，晶粒内部。这种晶内异质性更强烈地驱动的约束，相邻的晶粒比初始应力状态和个别晶粒的取向。
2017-02-13 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
Sensitivity of grain-averaged elastic strain and orientation predictions on the mesh density and boundary conditions in crystal plasticity finite element simulations
The University of Alabama（阿拉巴马大学）；Mines Saint-Etienne（圣艾蒂安国立高等矿业学校）；The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）
研究探讨了在晶体塑性有限元模拟中，网格密度和边界条件对晶粒平均弹性应变和取向预测的敏感性，发现需平均250个单元/晶粒和至少三个晶粒缓冲层以确保准确预测。
2026-02-06 cond-mat.mtrl-sci
Modeling Elastic and Plastic Deformations in Non-Equilibrium Processing Using Phase Field Crystals
本文提出了一种模拟非平衡加工中弹性和塑性形变、自由表面和多晶向现象的连续场论方法。该模型的许多基本属性的分析计算和数值模拟的一些重要的应用，包括，外延生长，材料硬度，晶粒生长，重建相变和裂纹扩展。
2003-06-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Elastic consequences of a single plastic event : a step towards the microscopic modeling of the flow of yield stress fluids
最终的目的是描述流动的弹塑性材料，我们专注于这样一个流，塑性事件的基本砖，并计算长期扰动，它弹性地诱导在一个全球剪切应变的介质。我们的特点附近的墙壁上的这种扰动的影响，并量化有限尺寸效应的重要性。虽然为了简单起见，我们大多数的显式公式处理二维的情况下，我们的声明，以及三维的情况下。
2004-03-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Fast Fourier Transform computations and build-up of plastic deformation in 2D, elastic-perfectly plastic, pixelwise disordered porous media
用快速傅里叶变换方法计算了二维像素级无序系统的应力和应变场。该系统，一个模型的韧性损伤介质，由一个弹性理想矩阵包含空像素。在等双轴或剪切载荷下研究其行为。我们监测加载的塑性变形区的演变，我们表现出成核/生长/聚结的情况下，后者。通过使用在一个像素水平上实现平衡和连续性的离散格林函数，塑料"簇“的识别变得容易。观察到的形态制度对应的宏观应力/应变曲线的一些功能。
2008-02-18 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Validity of crystal plasticity models near grain boundaries: a contribution of elastic strain measurements at the micron scale
同步辐射劳厄显微衍射和数字图像相关测量相结合，跟踪弹性应变场（或应力场）和总应变场附近的一般晶界弯曲双晶体。采用四点弯曲装置对316L不锈钢双晶体进行了原位弹塑性变形。然后使用具有晶体塑性模型的有限元模拟该测试，该晶体塑性模型包括内部变量（离散滑移系统上的位错密度）。该模型的预测进行了比较，总应变场和弹性应变场实验获得。虽然激活滑移系和总应变预测合理，弹性应变出现高估旁边的晶界。这表明，传统的晶体塑性模型需要改进，以正确地模拟应力在晶界。
2019-11-04 cond-mat.mtrl-sci physics.class-ph
Predicting plastic flow events in athermal shear-strained amorphous solids
我们提出了一种方法来预测一个通用的非晶态固体将失败的塑性响应（即不可逆变形）的外部应变的值，仅基于非线性弹性模量的测量。虽然通常被认为是根本不同的，与描述可逆的现象和塑性破坏的不可逆行为的弹性性能，我们表明，一些非线性弹性模量的知识是足够的预测塑性集。
2010-04-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Prediction of the evolution of the stress field of polycrystals undergoing elastic-plastic deformation with a hybrid neural network model
晶体塑性理论常被用来预测多晶金属的介观状态，但其计算成本较高。使用具有卷积层的神经网络编码时间和空间的相关性，我们能够预测仅给定初始微观结构和外部载荷的应力场的演变。与我们最近的工作相比，我们不仅能够预测应力响应的空间平均值，而且能够预测场本身。我们表明，应力场和它们的速率是在高保真度与晶体塑性数据，并没有可见的文物。此外，整个弹性到完全塑性转变的应力分布与所提供的晶体塑性数据相匹配。最后，我们证明了训练模型在材料表征和优化任务中的有效性。
2019-10-08 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Mode II fracture of an elastic-plastic sandwich layer
预裂纹夹层的剪切强度预测，假设该层是线弹性或弹塑性，屈服的特点是由J2塑性理论或由条带屈服模型。基底是弹性的并且具有与层的模量不同的模量。分析了两种几何形状：（i）夹层中的半无限裂纹，受到远场Ⅱ型K场的作用;（ii）有限宽中心裂纹夹层板在远场剪应力作用下。对于半无限裂纹，近端应力场被确定为弹性失配的函数，裂纹尖端塑性要么被阻止（弹性情况），要么被适当占（弹塑性情况）。然后得到了有限宽中心裂纹夹层板的解析解和数值解。首先，模式II K-校准获得的弹性夹层中的有限裂纹。其次，分析扩展到裂纹尖端塑性通过模式II条屈服模型的有限强度和有限韧性。通过有限元模拟验证了分析预测，并根据试样几何形状和裂纹长度构建了失效图。
2019-09-09 cond-mat.mtrl-sci cs.NA math.NA
Elastic, thermal expansion, plastic and rheological processes - theory and experiment
岩石是固体材料的重要实例，其中在各种工程情况下，弹性、热膨胀、流变/粘弹性和塑性现象中的每一种都可能发挥显著作用。非平衡连续介质热力学提供了一个一致的方法来描述所有这些方面在一个统一的框架。我们在这里提出了一个公式，其中运动学量允许任意非零初始（例如，在原位）应力和这样的初始配置-作为热应力或残余应力的结果-不满足运动相容条件。所得到的理论占的各种特性的影响，说明通过实验结果加载固体样品进行弹性，热膨胀和塑性形变，并表现出流变行为。根据实验数据，确定了流变系数，并从理论上解释了测量的温度变化。
2015-12-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Peak Effect and the Transition from Elastic to Plastic Depinning
我们证明了第一次观察到的峰值效应在超导体中的磁涡旋模拟。通过在通常的涡旋间长程排斥力上增加一个虚构的{吸引}短程势来调节涡旋晶格的剪切模量$c_{66}$。峰值效应被认为是最明显的低密度的钉扎中心，并始终与从弹性到塑性脱钉的过渡。模拟表明，在某些情况下，在一定范围内的值的$c_{66}$的晶格缺陷的生产的驱动力增强了钉扎的晶格。
1998-03-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
A new class of plastic flow evolution equations for anisotropic multiplicative elastoplasticity based on the notion of a corrector elastic strain rate
本文提出了一种新的大应变各向异性弹塑性理论框架。新框架具有以下特点：（1）它对非中等大应变是有效的，（2）它对弹性和塑性各向异性都是有效的，（3）它在速率形式上的描述与无穷小形式的描述是平行的，（4）它与乘法分解是相容的，（5）在任何应力-应变功-共轭对中得到类似的框架，（6）它符合最大塑性耗散原理;（7）对塑性自旋不作任何限制，必须作为独立的本构方程给出。此外，当在中间配置中用对数应变公式表示时：（8）它可以很容易地使用经典的后向欧拉规则进行积分，从而导致附加更新。所有这些性质得到简单地考虑塑性演化的校正率的适当的弹性应变。该公式为金属和软材料的弹塑性提供了一个自然的框架，并解决了所谓的速率问题。
2016-12-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
