Quantitative assessment of the microstructural factors controlling the fatigue crack initiation mechanisms in AZ31 Mg alloy
利用滑移线分析和次级电子显微镜研究了织构AZ 31 B-O镁合金在两种不同循环应变半幅下的全反向循环变形过程中的变形和疲劳裂纹形核机制。由于不同的变形机制的激活，样品在两个方向上变形，导致对称和非对称的循环应力-应变曲线。它们被确定在纵向截面的标本，其中包括大量的颗粒（从1500至4500为每个标本），以获得统计学上显着的结果。如果占主导地位的变形机制是基底滑移和拉伸孪晶/脱孪晶，最具破坏性的疲劳裂纹沿大晶粒中的孪晶成核，连同平行于基底滑移带的裂纹，该基底滑移带与适合于基底滑移取向的小晶粒簇中的变形局部化相关。当变形机制为拉伸孪晶/退孪晶和锥体滑移时，最长的疲劳裂纹沿大晶粒中的锥体滑移带形核。在所有情况下都发现小晶粒周围的晶界裂纹，但从疲劳失效的角度来看，它们并不重要。该信息与评估微观结构特征对镁合金疲劳寿命的影响有关，并作为输入，使用疲劳指标参数模拟镁合金的疲劳行为。
2022-08-11 cond-mat.mtrl-sci
Multiaxial Fatigue Behaviour of A356-T6
对A356-T6铝合金进行了拉伸、扭转及复合载荷的全循环加载试验。结果表明，疲劳极限取决于最大主应力。断口分析表明，长剪切模式III传播与多个起始点下扭转。在其他载荷下，断裂表面显示出独特的初始位置与缺陷和I型裂纹扩展一致。使用复型技术，它已被证明，初始寿命是可以忽略的疲劳寿命接近1 E6周期的组合加载。自然裂纹扩展速率也被证明与类似材料中的长裂纹相当。
2014-06-04 cond-mat.mtrl-sci
Using local GND density to study SCC initiation
在这项工作中，应变和几何必要的位错（GNDs）已被映射与纳米分辨率的应力腐蚀开裂（SCC）或晶间氧化的影响，旨在澄清哪些局部条件触发SCC的启动晶界周围。
2020-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Corrosion fatigue crack initiation in ultrafine-grained near-a titanium alloy PT7M prepared by Rotary Swaging
本研究针对核工程用超细晶近α钛合金PT7M的腐蚀疲劳问题，发现旋转锻造制备的超细晶结构可提升其腐蚀疲劳抗力，揭示了退火温度与疲劳曲线斜率的非单调关系及微观机制，并观测到疲劳裂纹闭合效应。
2024-01-31 cond-mat.mtrl-sci
Brittle to Quasi-Brittle Transition and Crack Initiation Precursors in Disordered Crystals
裂纹萌生是由于弹性、塑性和无序的综合作用而出现的，它在很大程度上取决于材料的微观结构细节。在本文中，我们研究了具有粗晶粒的脆性金属，微观结构紊乱可能源于材料的制造过程，例如合金化。作为一种研究工具，我们认为裂纹萌生从一个表面，椭圆切口：作为在切口处的曲率半径的曲率半径的增加，有一个动态的过渡，从切口诱导裂纹萌生批量无序裂纹成核。我们进行了广泛的和现实的模拟相场的方法耦合到晶体塑性。此外，微结构的无序度和缺口宽度是不同的，以研究过渡。我们确定这种转变的各种障碍的强度方面的损害演变。以上的过渡，我们确定可检测的前体裂纹萌生，我们量化的预期应力降在模式I断裂载荷。我们讨论了如何观察和分析这种脆性准脆性转变的实验。
2017-07-13 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Probabilistic Schmid factors and scatter of LCF life
研究了高温合金RENE 80常规铸造试样在850°C总应变控制低周疲劳（LCF）试验中裂纹萌生的周期分布。在裂纹萌生位置的晶粒进行了研究，使用电子背散射衍射（EBSD）测量与扫描电子显微镜（SEM）。这导致在确定的最大施密特因素的滑移系统，导致启动的低周疲劳表面裂纹。应力-寿命模型和应变-寿命模型表明，考虑施密德因子可大大减小低循环寿命预测的离散性。这是用来提出一个随机晶粒取向的基础上的低循环寿命的概率模型。利用蒙特卡罗模拟，我们确定了在各向同性随机取向的晶粒的单轴应力状态下的最大施密德因子的概率分布。这是用来计算上述模型下的失效概率，并将它们与实验数据进行比较。极值统计的基础上，它是讨论是否可以被认为是一个高的最大施密德因子的因果关系有关的早期启动的LCF裂纹，我们提出了一些相当令人惊讶的实验证据。在最后一节中，我们得出了结论，并对未来的研究方向进行了展望。
2014-04-25 cond-mat.mtrl-sci
Experimental Investigation of Thickness Effects on Mixed-mode I/II Fracture of an Aluminum Alloy
对厚度为2、4、8和14 mm的铝合金进行了I/II复合型断裂实验研究，发现在纯I型加载条件下，单位厚度的承载能力随厚度的增加而单调减小。而在复合加载条件下，承载能力对厚度的依赖性变得很弱。尽管在除纯模式II外的所有混合模式条件下，从断裂试样的中平面测得的裂纹萌生角与薄试样和厚试样中典型的现有准则吻合良好，但在8 mm厚的试样中发现了异常低的裂纹萌生角。尽管韧性韧窝是所有试样中占主导地位的微观特征，但最终空隙的大小随试样厚度和加载模式而显著变化。随着试样厚度的减小，裂纹萌生区的韧窝变大变浅。
2008-08-26 cond-mat.mtrl-sci
Application of a linear elastic - brittle interface model to the crack initiation and propagation at fibre-matrix interface under biaxial transverse loads
采用一种新的线弹性-（理想）脆性界面模型，研究了复合材料在拉/压远程双向横向载荷作用下纤维-基体界面裂纹的萌生和扩展。在该模型中，界面由连续分布的弹簧表示，其模拟薄弹性层的存在。初始线性弹性弹簧的法向和切向连续分布的本构律考虑了一旦界面的一部分断裂，纤维和基质之间可能的无摩擦弹性接触。脆性破坏准则的弹簧的分布，这使得裂纹的发生和扩展的研究。该界面失效准则考虑了界面断裂韧性随断裂模式混合度的变化。本界面模型的主要优点是它的简单性，鲁棒性和计算效率时，所谓的顺序线性分析。此外，在目前的平面应变问题的一个单一的纤维嵌入在一个矩阵进行均匀远程横向载荷，该模型可以用来获得界面裂纹萌生的解析预测。由二维边界元分析提供的数值结果表明，纤维-基体界面失效起始于界面点附近的有限脱粘，在该界面点处首先达到失效标准（在增加的比例载荷下），这种脱粘进一步沿界面以混合模式传播，甚至在某些配置中，裂纹尖端处于压缩状态。脱粘起始位置和相关的临界载荷的分析预测用于检查所实施的计算程序，获得了极好的一致性。
2013-11-19 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Phase-field modelling for fatigue crack growth under laser-shock-peening-induced residual stresses
对于薄壁构件的疲劳寿命，不仅疲劳裂纹的萌生，而且裂纹的扩展是决定性的。相场法是模拟任意裂纹现象的有力工具。近年来，它已被应用于疲劳断裂。这些模型提出了一种替代经典的疲劳寿命估计的机械方法。在本文的第一部分中，相场疲劳模型的参数进行了校准，并将其预测结果与铝板材料的疲劳裂纹扩展实验的结果进行了比较。在第二部分中，利用激光冲击强化技术在零件中引入残余压应力。结果表明，这些残余应力通过延缓和加速裂纹的扩展而影响裂纹的扩展速率。为了研究这些疲劳机制的数值，一个简单的策略，将残余应力相场疲劳模型，并与实验测试。研究表明，该方法可以再现残余应力对裂纹扩展速率的影响。
2021-04-06 cond-mat.mtrl-sci
In-situ localization of damage in a Zn-Al-Mg coating deposited on steel by continuous hot-dip galvanizing
本研究通过扫描电镜原位拉伸试验，揭示了Zn-Al-Mg镀层中孪生诱发共晶区裂纹萌生的新损伤机制，并建立了裂纹萌生与扩展的事件时序。
2024-07-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Phase-field analysis of fracture in heterogeneous wellbore systems: effects of casing eccentricity and cement-formation interface strength
Indian Institute of Technology Madras（印度马德拉斯理工学院）；University of Southern California（南加州大学）
提出混合相场断裂框架模拟非均质井筒系统裂纹扩展，发现套管偏心降低起裂压力达30%，弱界面导致裂纹偏转并增加井筒失效风险。
2026-09-15 cond-mat.mtrl-sci cs.CE cs.NA
Micromechanics-based phase field fracture modelling of CNT composites
提出了一种新的基于细观力学的相场方法来模拟碳纳米管（CNT）基复合材料中裂纹的萌生和扩展。纳米复合材料的本构力学和断裂性能的平均场均匀化方法估计。碳纳米管的不均匀分散占通过等效夹杂物团聚的碳纳米管。详细的参数分析，以评估CNT基复合材料的断裂行为后的主要微观力学性能的影响。所提出的方法的第二步将先前估计的本构特性相场断裂模型来模拟裂纹萌生和生长的CNT基复合材料。通过三个典型的案例研究，涉及模式I和混合模式断裂条件的建模能力的框架证明。
2022-03-02 cond-mat.mtrl-sci cs.CE
Quantitative prediction of the fracture toughness of amorphous carbon from atomic-scale simulations
断裂是非晶碳（a-C）薄膜失效的根本原因，然而通过纳米压痕测试来测量a-C薄膜的断裂特性具有挑战性，并且已有的实验结果并不一致。在这里，我们使用原子尺度的模拟，使定量和力学预测断裂的a-C。系统的大规模K场控制的原子尺度模拟裂纹扩展进行的a-C样品的密度为$ρ=2.5, \, 3.0 \, \text{ and } 3.5~\text{g/cm}^{3}$的液体淬火产生的淬火速率范围$\dot{T}_q = 10 - 1000~\text{K/ps}$。模拟结果表明，裂纹通过孔洞的形核、长大和合并而扩展。成核空隙之间的$ \approx 1\, \text{nm}$距离导致类似脆性的断裂韧性。我们使用Drugan，Rice \& Sham提出的裂纹扩展准则来估计基于我们的短裂纹长度断裂模拟的稳态断裂韧性。断裂韧性值的$2.4-6.0\,\text{MPa}\sqrt{\text{m}}$的启动和$3-10\,\text{MPa}\sqrt{\text{m}}$的稳态裂纹扩展的实验报告的范围内。这些研究结果表明，原子尺度的模拟可以提供定量的预测结果，即使是韧性裂纹扩展机制的材料断裂。
2020-09-22 cond-mat.mtrl-sci
A phase field model of coupled crack and dislocations: emission, blunting, and the necessity of dissipative toughening
Institute for Advanced Study in Technology, Ton Duc Thang University（越南胡志明市光中大学先进技术研究院）；Faculty of Civil Engineering, Ton Duc Thang University（越南胡志明市光中大学土木工程学院）
本研究构建了裂纹与位错耦合的相场模型，揭示位错发射可屏蔽裂纹但需引入位错运动阈值阻力这类耗散项才能实现增韧的机制。
2026-08-06 cond-mat.mtrl-sci cs.NA math-ph
Evaluating fracture energy predictions using phase-field and gradient-enhanced damage models for elastomers
本研究比较相场法与梯度增强损伤模型在弹性体断裂中的能量释放率预测，发现相场法需人工粘性且结果非单调，而新提出的拉伸基GED模型可将能量释放率作为输出，便于率相关响应研究。
2024-08-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Micromechanical fatigue experiments for validation of microstructure-sensitive fatigue simulation models
裂纹萌生控制高周疲劳寿命，并对微观结构细节敏感。虽然相应的微观结构敏感的模型是可用的，他们的验证是困难的。我们提出了一个验证框架，其中的疲劳测试是模仿在一个子建模模拟嵌入到试样的几何形状和采用实验边界条件的测量的微观结构。示例性地，将现象学晶体塑性模型应用于预测铁素体钢中的变形（EN 1.4003）。在常用的疲劳指标参数图的热点进行比较，从显微照片分割的损伤。随着数据的发布，框架基准未来的微机械疲劳模型。
2021-12-08 cond-mat.mtrl-sci cs.NA math.NA
