Coupling Phase Field Crystal and Field Dislocation Mechanics for a consistent description of dislocation structure and elasticity
本研究针对PFC模型与静态FDM在位错弹性场预测上的差异，提出二者的弱耦合方法，以PFC位错密度场为FDM输入，实现位错结构与弹性的一致性描述并分析相关场的作用。
2024-03-25 cond-mat.mtrl-sci
Elastic theory of icosahedral quasicrystals - application to straight dislocations
在准晶中，不仅有常规的，而且还有相子位移场和相关的伯格斯矢量。我们用广义微扰法计算了无限二十面体准晶中二重、三重和五重直螺位错和边位错引起的弹性场的近似解。从声子和相子空间的弹性各向同性解出发，高阶修正反映了螺位错周围弹性场的二、三和五重对称性。特殊刃型位错的场也表现出特征对称性，这一点可以从各阶位错的贡献中看出。
2001-11-21 cond-mat.mtrl-sci
On Dislocations in a Special Class of Generalized Elasticity
本文考虑并比较了梯度弹性、非局部弹性、梯度微极弹性和只有一个梯度系数的非局部微极弹性等特殊类型的静态理论。平衡方程进行了讨论。梯度理论和非局部理论之间的关系进行了讨论弹性以及微极弹性。给出了螺位错和刃位错弹性场的非奇异解。弹性形变（畸变、应变、弯曲-扭转）和力及力偶应力张量都不象“经典”理论那样具有任何奇异性。
2005-04-12 cond-mat.mtrl-sci
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
Dislocation Transmission Across Tilt Low-Angle Grain Boundaries in BCC Fe: The Role of Elastic Interactions
本研究通过分子动力学模拟发现弹性相互作用是体心立方铁中小角度晶界阻碍位错透射的主导因素，建立的解析模型可定量预测位错透射应力，为晶界强化材料设计提供依据。
2025-10-01 cond-mat.mtrl-sci
The fundamentals of non-singular dislocations in the theory of gradient elasticity: dislocation loops and straight dislocations
在梯度弹性理论的框架内，非奇异位错的基本问题，在这项工作中提出。采用Helmholtz型和双Helmholtz型梯度弹性。非奇异位错的一般理论，发展线性弹性，无限延伸，均匀，各向同性介质。位错环和直位错进行了研究。利用梯度弹性理论，给出了任意位错环产生的非奇异场。在梯度弹性理论的框架下，给出了Mura、Peach-Koehler和Burgers的修正公式。这些公式是用初等函数形式给出的，它使Helmholtz-Navier方程和bi-Helmholtz-Navier方程的Green张量的经典表达式正则化.利用格林函数和傅里叶变换的数学方法，得到了精确的、解析的和非奇异的解，由于对经典奇异场进行了正则化，得到的位错场是非奇异的。
2012-09-10 cond-mat.mtrl-sci math-ph math.MP
Dislocation drag and its influence on elastic precursor decay
塑性形变由位错的产生和运动介导，并且在高应力下，后者由来自声子风的位错拖曳主导。通过模拟一维冲击问题，我们分析了精确模拟高应力区位错阻力和位错密度演化的重要性。根据第一性原理推导，位错阻力作为应力和位错特性的函数进行建模，其温度和密度依赖性近似到目前已知的程度。对位错密度演化的了解要少得多，导致这些模型参数的不确定性要大得多。在研究各向异性面心立方金属与字符相关的位错，目前的工作推广了类似的早期研究由其他作者。
2021-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Microplasticity and yielding in crystals with heterogeneous dislocation distribution
在这项研究中，我们使用离散位错动力学（DDD）模拟研究面心立方单晶中的非均匀位错密度的影响准弹性形变和塑性流动之间的转变。通过分析具有初始轴向位错密度梯度的样品的应力-应变曲线，我们得出以下结论：（i）在塑性流动开始之前的准弹性形变区域中，模拟样品的有效弹性模量显著低于无位错晶体的值。这种模量降低增加与减少位错密度梯度：均匀的位错分布的晶体，因此最弱的准弹性制度;（ii）向塑性流动的过渡首先发生在位错密度降低的区域。因此，整体屈服应力随位错密度梯度的增加而降低;（iii）具有位错密度梯度的晶体表现出更明显的硬化阶段，在此期间，应力重新分布到具有更高位错密度的更强区域上，直到样品以近似独立于位错密度梯度的恒定流动应力流动。我们解释这些发现的连续位错动力学的位错密度演化模型，占反转位错运动。准弹性和塑性形变之间的过渡被解释为从反转到非反转的位错运动的过渡，和弹性模量的初始差异有关的位错系统的密度依赖的极化率。随后的塑性流动行为进行了分析Mughrabi的复合材料模型的修改版本。
2018-12-29 cond-mat.mtrl-sci
On the non-uniform motion of dislocations: The retarded elastic fields, the retarded dislocation tensor potentials and the Liénard-Wiechert tensor potentials
本文的目的是研究二维和三维空间中位错非均匀运动的基本理论。利用非协调弹性动力学理论研究了无限介质中任意分布位错、位错环和直位错的非均匀运动。导出了非均匀运动位错的运动方程。确定了位错分布产生的延迟弹性场和延迟位错张量势。本文导出了位错动力学的新的基本公式（Jefimenko型和Heaviside-Feynman型位错方程）。此外，精确的封闭形式的位错环所产生的弹性场的解计算为亚音速运动的延迟线积分表达式。围绕任意运动位错环的弹性速度场和弹性形变场用所谓的三维弹性动力学Liénard-Wiechert张量势显式给出。计算了二维弹性动力学Liénard-Wiechert张量势和直位错弹性场的近场近似。确定了加速螺位错和刃位错近场的奇异性。
2012-10-11 cond-mat.mtrl-sci math-ph math.MP
Geometrically Frustrated Crystals: Elastic Theory and Dislocations
本文建立了环形（或圆柱形）晶体的弹性理论，研究了由于弯曲引起的几何挫折引起的刃位错的产生。指出了与超导（或超流）涡旋态的相似性，并讨论了与半径和厚度有关的环状晶体相图。
2006-01-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A model for the interaction of dislocations with planar defects based on Allen-Cahn type microstructure evolution coupled to strain gradient elasticity
在经典弹性理论中，位错的应力场具有$1/r$型奇异性。当这样的位错被认为是与一个艾伦-卡恩型相场描述的微观结构演化，这导致奇异的驱动力的序参量，导致在非物理（和离散化依赖）的预测之间的相互作用的位错和相，孪晶或晶界。我们引入了一个基于第一应变梯度弹性的框架来正则化位错核。它示出，使用的应变能量密度是二次的梯度的弹性形变的结果在非奇异应力，但可能会导致奇异的驱动力，而应变能，这是二次的梯度的全变形张量，正则化的应力和驱动力的序参量，因此是一个合适的选择。使用一个全面的例子证明了该框架的适用性。
2021-07-01 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation assisted coarsening of coherent precipitates: a phase field study
本文使用相场模型研究位错连接的共格析出相粗化，纳入位错弹性场与管道扩散率，发现弹性非均匀性影响形貌动力学且硬析出相粗化更快，并验证了修正Gibbs-Thomson方程的适用性。
2024-01-09 cond-mat.mtrl-sci
The gauge theory of dislocations: a nonuniformly moving screw dislocation
在位错的平动规范理论的框架下，研究了无限介质中直螺旋位错的非均匀运动。导出了任意运动螺型位错的运动方程。以积分形式导出了任意运动螺型位错周围的弹性速度场、弹性形变场、位错密度场和位错流场。我们计算了辐射场和场随位错速度的变化。
2010-07-23 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation Field Theory in 2D: Application to Graphene
介绍了一种二维位错连续体理论。本理论在经典的弹性能量密度基础上增加了弹性转动、位错密度和背景应力。该理论包含四个材料模量。根据四种材料模量定义了两种特征长度尺度。计算了刃型位错的应力和弹性变形的非奇异解。已经指出，弹性应变与最近在石墨烯中发现的刃位错的实验数据吻合得很好。
2015-10-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Excitation of normal modes of a thin elastic plate by moving dislocations
本文研究了薄弹性样品中任意运动的单个位错激发的谐波。我们考虑垂直于层表面运动的螺位错和刃位错。在傅立叶空间中，位错运动产生的位移速度和动态应力场被分解为两项的乘积：一项仅取决于位错的运动，而另一项与位错的运动无关，并代表介质的响应。后一项在满足板的谐波模式的色散关系的频率处具有极点。在螺旋位错的情况下，被激发的模式是反对称瑞利-兰姆模式的一个子族。对于刃型位错的对称瑞利-兰姆模式的一个子家族的激发，以及最低的躺剪切模式。详细推导了匀速运动螺旋的表达式，当速度与允许模式的相速度一致时，该表达式具有奇异性。
1997-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Nonsingular stress and strain fields of dislocations and disclinations in first strain gradient elasticity
本文的目的是在Mindlin梯度弹性理论框架下研究位错和向错的弹性应力应变场。我们考虑简单但严格的版本Mindlin的第一梯度弹性与一个材料长度（梯度系数）。使用应力函数法，我们发现修改后的应力函数的所有六种类型的Volterra缺陷（位错和向错）位于各向同性和无限延伸的介质。利用这些应力函数，我们得到了位错和向错的应力场和应变场的精确解析解。这些弹性应变和应力的解的优点是它们在缺陷线处没有奇点。它们是有限的，并且在缺陷核心区域具有最大值或最小值。应力和应变在缺陷线处为零或具有有限的最大值。应力的最大值可以用作可能发生断裂和失效时的临界应力水平的量度。因此，在这样一个简单的梯度理论中，应力和弹性应变的奇异性都被消除了。此外，我们还给出了在非奇异应力作用下，Eringen非局部弹性力学中与非局部应力的关系。
2005-02-01 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation Core Energies and Core Fields from First Principles
体心立方铁的从头计算表明，螺旋<111>位错诱导的短程膨胀场除了Volterra弹性场。这种核心领域的建模在各向异性弹性理论使用力偶极子。因此，弹性模型更好地再现了从头计算中观察到的原子位移。在弹性能的计算中包括该芯场允许导出随着单元尺寸更快收敛的芯能，从而导致不依赖于用于模拟的位错阵列的几何形状的结果。
2009-02-09 cond-mat.mtrl-sci
Atomistically enabled nonsingular anisotropic elastic representation of near-core dislocation stress fields in $α$-iron
由于经典弹性理论的奇异性，在位错核附近，位错的应力场被认为是不切实际的大。虽然在许多情况下，这是补救与近似的有效核心半径，其中特别正则化的实施，这种近似导致在计算的准确性妥协。在这项工作中，位错场的各向异性非奇异弹性表示的发展，以准确地代表近芯应力的位错在$α$ -铁。正则化的应力场通过使用亥姆霍兹型梯度各向异性弹性的非奇异格林张量函数来实现，该函数除了材料的弹性常数之外仅需要单个特征长度参数。使用一种新的磁键序势模型在铁原子相互作用，分子静力学计算进行，并开发了一个优化程序，以提取所需的长度参数。结果表明，该方法可以准确地复制近芯位错应力的大小和衰减，即使是属于核心本身的原子。与奇异各向同性和各向异性理论的比较表明，非奇异各向异性理论导致一个更准确的代表性的应力的螺旋和刃位错附近的核心，在某些情况下，在精度上的改进高达一个数量级。文中还讨论了奇异应力和非奇异应力相差很大的区域的空间范围。我们所描述的一般程序，原则上可以应用于准确地模拟任何任意形状的位错在各向异性立方介质中的近芯位错应力。
2015-05-21 cond-mat.mtrl-sci
Multiple scattering of elastic waves by pinned dislocation segments in a continuum
用微扰理论研究了弹性波在任意分布的钉扎位错中的相干传播。结果表明，在独立散射近似，扰动系列，产生的质量算子是一个几何级数，因此可以正式总结。一个发散的数量示出在低频率下可重整化为零。在较高频率下，所述量可以用具有与位错长度相关的长度尺寸的截止值来表示，并且物理量可以用两个参数来计算，这两个参数将通过实验来确定。在这个问题中使用的方法进行了比较和对比的德布罗意波的散射由δ函数的潜力所描述的薛定谔方程。
2015-05-28 cond-mat.mtrl-sci
An observation on the experimental measurement of dislocation density
几何必要位错（GND）密度的测量中忽略弹性应变梯度的常见做法是严格审查。得出的结论是，这种做法可能会导致实质性的错误。我们的分析点的重要性，空间变化的弹性应变场的大小在推断估计位错密度的测量。
2013-01-05 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation core field. II. Screw dislocation in iron
研究了α-铁中螺型位错的位错核场，它是除了Volterra弹性场<111>之外的另一种场。这一核心领域，证明和从头计算的特点，对应于一个双轴膨胀，我们在各向异性线性弹性模型。我们表明，这个核心领域需要考虑从原子模拟提取定量信息时，如位错核心能量。最后，我们看看如何位错的性质被修改的核心领域，通过研究两个位错组成的偶极子之间的相互作用，以及一个螺旋位错与碳原子的相互作用。
2011-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Molecular static simulation of edge dislocation core in bcc iron
用改进的分子静力学方法模拟了体心立方铁中的位错芯结构。这种方法的一个特点是应用迭代过程，其中的原子结构在附近的缺陷和常数，确定沉浸在弹性连续体中的原子的位移计算在一个自洽的方式。按照上述方法，我们开发了一个模型，用于计算刃型位错的原子结构，考虑到周围的主要计算单元的弹性介质的各向异性。考虑到各向异性引入一个明确的角度依赖性的位错所产生的弹性场的参数：伯格斯矢量和泊松比的大小。对Burgers矢量沿[100]方向的劈裂位错进行了模拟。文中给出了迭代算法的收敛性，并考虑了计算单元大小对结果的影响。计算结果为：体心立方铁中位错的原子结构、描述离位错线大距离处的弹性位错场的参数的角度依赖性以及整个模拟区域中的应变张量分量。
2020-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Kinetics of segregation formation in elastic field of edge dislocation in bcc iron
本文用计算机模拟方法研究了位错弹性场中杂质原子再分布的动力学。一部作品由几个阶段组成。第一种是用改进的分子静力学方法模拟了Burgers矢量沿[100]方向的位错核结构。第二个是获得的系数，确定的扩散系数矩阵的对角元素的应变张量的分量的影响，并在bcc铁中的碳原子通量的方程。第三阶段是用分子动力学方法模拟无缺陷晶体中碳原子的扩散特性。第四和最后阶段使用我们在第一阶段获得的关于原子结构的数据，以及在第二和第三阶段中计算的特征，是间隙原子偏析形成的模拟，其基于求解考虑位错产生的弹性形变的扩散方程。复杂的开发模型被用来分析偏析形成的动力学。3D图显示了在一定温度下不同时间内位错附近间隙原子的分布。
2020-06-07 cond-mat.mtrl-sci
About the effects of rotation on the Landau levels in an elastic medium with a spiral dislocation
本文分析了最近提出的一个模型，目的是研究旋转对带螺旋位错的弹性介质中点电荷与均匀磁场相互作用的影响。特别是，我们专注于作者提出的近似，包括改变左边界条件，以获得分析结果。我们表明，这种近似导致定量和定性的错误，最相关的是一个错误的预测的水平间距。
2022-07-22 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Topological transition and emergent elasticity of dislocation in skyrmion lattice: Beyond Kittel's magnetic-polar analogy
Kyoto University（京都大学）；Central South University（中南大学）
研究揭示磁Skyrmion位错因显著伸长至原长180%而形成核心分裂结构，其长程应变场仍符合Volterra弹性理论，揭示磁与电域在集体拓扑准粒子 regime 中的本质差异。
2025-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Interplay between elastic fields due to gravity and a partial dislocation for a hard-sphere crystal coherently grown under gravity: driving force for defect disappearance
我们先前观察到，通过蒙特卡罗模拟，在重力下相干生长的硬球晶体中，内在的桩错通过肖克利部分位错的滑动收缩<001>[Mori等人，Molec. 105，1377（2007）];这是对十年来长期存在的问题的回答，为什么胶体晶体中的堆积无序在重力下减少[Zhu等人，Nature 387，883（1997）]。在这里，我们提出了一个弹性能量计算;除了部分位错的自能[Mori等人，Prog. Theor. 178，33（2009）]，我们计算了由于重力引起的弹性场和由于肖克利部分位错引起的弹性场之间的交叉耦合项。交叉项是线性尺寸R的递增函数，在该线性尺寸R上弹性场扩展，示出了部分位错向晶粒的上边界移动的驱动力。
2010-04-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Diffusion of elastic waves in a two dimensional continuum with a random distribution of screw dislocations
本文研究了二维连续介质中反平面弹性波在多个随机螺位错作用下的扩散。建立在先前开发的理论，这种波的相干传播，非相干行为的特征在于通过的Bethe Salpeter（BS）方程。Ward-Takahashi恒等式（WTI）的演示和BS方程的解决，作为一个特征值问题，长波长和低频率。扩散方程的结果和扩散系数$D$的计算。结果具有预期的形式$D = v^* l /2$，其中平均自由程$l$等于在介质中传播的相干波的衰减长度，传输速度由$v^*= c_T^2/v$给出，其中$c_T$是在没有障碍物的情况下的波速，$v$是在存在位错的情况下相干波的传播速度。
2016-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Defect-induced incompatibility of elastic strains: dislocations within the Landau theory of martensitic phase transformations
在无位错马氏体中，弹性应变张量的分量受到圣维南相容性条件的约束，该条件保证了在外部加载期间主体的连续性。然而，在位错材料中，变形张量的塑性部分引入了位移失配，该位移失配通过弹性弛豫来消除。弹性应变，然后不再兼容的意义上的圣维南定律和随后的不兼容张量被证明是成比例的奈位错密度张量的梯度。我们表明，这种不相容性的存在下，产生一个额外的长程贡献的非均匀部分的朗道能量泛函和相应的应力场。本地和远程之间的相互作用的竞争结果在不断变化的序参量（弹性）纹理的挫折。我们展示了如何计算任意各向异性介质中任何位错分布的Peach-Koehler力和应力场，并将其应用于位错密度的福克-普朗克动力学中。这种方法代表了一个自洽的计划，产生的序参量场和连续位错密度的演变。我们说明我们的方法，通过研究位错对显微结构的影响，特别是孪晶畴壁，在Fe-Pd合金进行马氏体相变。
2008-07-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
On the importance of constrained atomic relaxations in the Nudged Elastic Band calculations of the Peierls barriers of dislocations
我们表明，直接应用的轻推弹性带（NEB）方法不确定正确的Peierls势垒的1/2<111>螺旋位错BCC金属。虽然这种方法保证了系统的状态（镜像）沿最小能量路径均匀分布，但并不意味着位错位置沿最小能量路径均匀分布，实际上，位错位置在势能极小点附近会聚集，从而导致Peierls势垒斜率和Peierls应力的高估.我们提出了一种修改，其中NEB方法仅适用于少量的自由度，确定位错的位置，而所有其他坐标的原子放松分子静力学在任何原子的研究。这种改进的NEB方法与弛豫给出的Peierls势垒，增加顺利与位错位置和相应的Peierls应力同意以及通过直接应用程序的位错滑移的原子模型中的应力评估。
2011-11-24 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Elastic trapping of dislocation loops in cascades in ion-irradiated tungsten foils
用透射电子显微镜（TEM）原位观察了超高纯钨箔在极低注量的自离子辐照下形成的纳米级位错环。TEM图像的分析已经揭示了最大的环主要是棱柱1/2<111>型和空位特征。这种位错环的形成是令人惊讶的，因为孤立的环被预期是高度可移动的，并且应该从箔逃逸。在这项工作中，我们表明，所观察到的大小和数量密度的循环可以解释的事实，即循环是_不_孤立的-在级联中形成的紧密接近的循环相互作用，并与空位簇，也形成在级联中，通过远程弹性场，这防止了从箔环的逃逸。我们发现，实验观察很好地再现了对象的动态蒙特卡罗模拟的级联的演变_只有_如果考虑到之间的弹性相互作用的环路。我们的分析突出了缺陷之间的弹性相互作用对辐照材料的微观结构演变的深刻影响。
2014-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Ab-initio study of the structural, elastic and dislocation properties of body-centered cubic refractory HfNbTaTiZr high entropy alloy
本文通过第一性原理研究体心立方HfNbTaTiZr高熵合金中1/2<111>螺位错核心的多样性，揭示其与化学短程有序的关联，为调控难熔合金塑性机制提供新思路。
2024-05-04 cond-mat.mtrl-sci
Measuring Dislocation Density in Aluminum with Resonant Ultrasound Spectroscopy
当材料中的位错数量足够多时，它会改变弹性波的传播速度。因此，两种材料样品，不同的只是位错密度，将有不同的弹性常数，可以使用共振超声光谱测量的数量。这种效果的测量铝样品的报告。它们与理论的预言相吻合。
2008-08-11 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen in $α$ iron: modification of elastic properties and solubility in strain fields
采用\textit{ab initio}密度泛函理论研究了间隙氢对$α$ -Fe弹性性能的影响.我们发现，虽然整体强度性能降低H，效果主要是由于产生的局部体积膨胀。我们使用这些浓度依赖的弹性模量模型的均匀应变场对H的溶解度的影响，并作出外推的H-溶解度在空间变化的应变场的现实位错。我们发现，H被强烈捕获的位错的边缘和螺旋品种，导致一个显着的增加，在当地的H浓度附近的位错核心。的应变依赖性的解决方案的能量导致的H附近的位错核心的积累，以及我们的计算预测的弹性模量的减少，是一致的与许多实验研究表明，H附近的位错的捕获起着重要的作用，在铁和钢的脆化。
2012-09-13 cond-mat.mtrl-sci
Depinning transition of dislocation assemblies: pileup and low-angle grain boundary
我们研究了位错组装中的脱钉相变。特别是，我们考虑的情况下，定期间隔堆积和低角度晶界相互作用与无序的应力景观提供的溶质原子，或由其他不动的位错存在于非活跃的滑移系统。使用线性弹性，我们计算这些组件的小变形所产生的应力以及相应的二维和三维能量成本。与通常近似为具有有效线张力的弹性弦的孤立位错线的情况相反，位错组装体的变形不能用具有恒定张力或刚度的局部弹性相互作用来描述。位错之间的长程相互作用导致非局部弹性核。根据这一结果，我们修正了统计脱钉扎理论，并发现了晶粒生长中齐纳钉扎的新结果。最后，我们讨论了位错组装动力学的标度性质，并将理论结果与数值模拟进行了比较。
2003-12-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Elastic fields of stationary and moving dislocations in three dimensional finite samples
积分表达式的弹性位移和应力场，由于固定或移动位错环在三维，不一定各向同性，有限的样品。一个线积分表示的应力场，从而满足预期的应力应取决于位错环的位置，而不是由这样的循环，是缺乏物理意义的边界的表面的位置。在静止的情况下，线积分表示涉及一个“矢量势”，它取决于样品的特定几何形状，通过其格林函数：由适合于样品的格林函数产生的弹性应力的导数的特定组合是无发散的，所以它是这个“矢量势”的旋度。这个“矢量势”是明确确定的各向同性半空间和薄板。早期的具体结果，在这些几何形状恢复为特殊情况。在非定常情况下，应力场的时间导数可以用线积分表示。这与静态结果相结合，确保了随时间变化的应力场的线积分表示。
1997-11-17 cond-mat.mtrl-sci
Fast algorithms for evaluating the stress field of dislocation lines in anisotropic elastic media
在位错动力学（DD）模拟中，计算量最大的步骤是计算位错系综之间的弹性相互作用力。由于位错之间的成对相互作用是长程的，因此可以通过快速多极子方法（FMM）显著加速该力计算步骤。在各向同性和各向异性弹性介质中，我们实现并比较了四种不同的方法：一种基于泰勒级数展开（Taylor FMM），一种基于球谐函数展开（Spherical FMM），一种基于Chebyshev插值（Chebyshev FMM）的核独立方法，以及一种新的核独立方法，我们称之为Lagrange FMM。Taylor FMM是一种现有的方法，用于ParaDiS，最流行的DD仿真软件之一。球形FMM采用了一个更紧凑的多极表示比泰勒FMM，因此更有效。然而，在各向异性弹性介质中，由于相互作用力复杂且没有封闭的解析公式，Taylor FMM和球面FMM都很难推导。Chebyshev FMM只需要能够评估位错之间的相互作用，因此可以很容易地应用于各向异性弹性介质。但它有一个相对较大的内存占用，这限制了它的使用。拉格朗日FMM被设计成一种节省内存的黑盒方法。各种数值实验证明了收敛性和可扩展性的四种方法。
2017-12-20 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Local density approximation for the energy functional of three-dimensional dislocation systems
离散位错线系统的弹性能量泛函是位错理论中已知的。在本文中，我们演示了如何离散的功能可以用来系统地推导出近似表示的弹性能量的位错密度一样的变量，平均超过离散的位错配置和代表的位错系统的尺度上的间距以上的个别位错线。我们研究了简单的情况下，二维系统的直位错线之前，我们继续推导出能量泛函系统的三维弯曲位错线属于一个单一的，以及多个滑移系统。然后，我们说明了几个应用的理论，包括德拜屏蔽位错在二维和三维，和推导的背应力和摩擦应力项进入应力平衡的自由能泛函。
2015-11-05 cond-mat.mtrl-sci
A non-singular theory of dislocations in anisotropic crystals
我们开发了一个非奇异的三维位错环理论在一个特定版本的Mindlin的各向异性梯度弹性与多达六个长度尺度参数。该理论是在线性化非协调弹性理论框架下对经典各向异性理论的推广。导出了各向异性位错理论的所有关键方程的非奇异形式，包括孤立立体角的Burgers位移方程、Peach-Koehler应力方程、弹性变形的Mura-Willis方程和Peach-Koehler力。在不使用应力函数的情况下，直接得到了位错环间相互作用能的双线积分表达式。结果表明，所有的弹性场是非奇异的，并且它们收敛到它们的经典对应的几个特征长度远离位错核心。在实际应用中，用\cite{Lazar:2015ja}导出的非奇异各向异性格林张量代替经典的（奇异）各向异性格林张量，可以从经典的格林张量得到非奇异的格林张量。弹性解对任意各向异性介质都是有效的。除了经典的各向异性弹性常数，非奇异格林张量取决于二阶对称张量的长度尺度参数建模弱非局部性，其结构取决于晶体对称性的具体类别。由这种张量定义的各向异性Helmholtz算子允许一个格林函数，该格林函数用作Burgers矢量密度的扩展函数。因此，伯格斯矢量密度在不同的晶体结构中不同地传播。
2017-10-24 cond-mat.mtrl-sci
Dislocations in the elastic fields of randomly distributed defects
针对随机分布缺陷弹性场中位错的应力场正则化问题，提出一种计算奇异位错与溶质、其他位错等缺陷相互作用的方法，并分析位错芯正则化的效应。
2025-03-18 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Coherent propagation and incoherent diffusion of elastic waves in a two dimensional continuum with a random distribution of edge dislocations
本文研究了二维连续介质中面内弹性波的相干传播和非相干扩散。由于Peierls-Nabarro力，位错可以围绕平衡位置以频率$ω_0$振荡。波和位错之间的耦合由Peach-Koehler力给出。这导致一个波动方程的非齐次项，涉及到一个微分算子。在相干情况下，建立了质量算符的Dyson方程，并在独立散射近似（ISA）的微扰理论中求解到所有阶。结果得到了复折射率，由此可以读出纵波和横波的有效波速和衰减。在非相干情况下，建立了一个Bethe-Salpeter方程，并在低频和波数的限制下求解到微扰理论的最高阶。扩散方程得到的（频率依赖）扩散系数显式计算。它减少到在低频时用能量转移参数得到的值。一个重要的中间步骤是获得一个沃德-高桥恒等式（WTI）的波动方程，涉及到一个微分算子，这是兼容的ISA。
2020-11-30 cond-mat.mtrl-sci
A novel super-elastic carbon nanofiber with cup-stacked carbon nanocones and a screw dislocation
碳纳米纤维具有广泛的应用前景，如纳米驱动器和能量存储介质。这项工作报告的第一次超弹性拉伸特性的纳米纤维构造从螺旋位错的碳纳米锥（NF-S）。NF-S在拉伸下表现出三个不同的弹性形变阶段，包括初始均匀变形、分层和共价键的进一步拉伸。脱层过程赋予NF-S非凡的拉伸变形能力，这是正常杯堆叠几何形状的对应物无法获得的。由于应变集中，NF-S的失效由纳米锥的内边缘控制，从而导致具有不同几何参数的NF-S的共同失效力。引人注目的是，分层过程是由内半径和顶角的纳米锥。当顶角一定时，屈服应变随内半径的增大而显著增大，最大可达1000%以上。研究还发现，在压缩过程中，螺旋位错允许纳米锥变平和滑动。这项研究提供了一个全面的了解的机械性能的NF构建从碳纳米锥，这开辟了新的应用，如纳米致动器的新途径。
2019-09-13 cond-mat.mtrl-sci
Elastic Liénard-Wiechert potentials of dynamical dislocations from tensor gauge theory in 2+1 dimensions
本文利用fracton-弹性对偶性研究线性各向同性介质中动态位错的规范势与相互作用，推导出Liénard-Wiechert势和Jefimenko方程，并将Peach-Koehler力推广到非互易情形。
2024-05-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft hep-th
Multiscale modeling of hydrogen diffusion in iron considering the effect of dislocations
本研究通过多尺度方法分析铁中氢扩散，考虑位错对扩散张量的影响，揭示位错通过微应力降低扩散率并破坏各向同性。
2025-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Diffusion of elastic waves in a continuum solid with a random array of pinned dislocations
非相干弹性能量在三维固体中的传播是由于许多随机放置和取向的钉扎位错段的散射，被认为是在连续介质力学框架。散射机制是长度为L的弹性弦对入射波的响应而重新辐射。因此，散射体不是静态的，而是具有它们自己的动态。建立了Bethe-Salpeter（BS）方程，证明了Ward-Takahashi恒等式（WTI）。BS方程被写为一个谱问题，使用WTI，在扩散极限下求解。对于首阶，确实产生了扩散行为，并得到了扩散系数的显式表达式。它可以在没有固有阻尼的情况下在独立散射近似（ISA）中进行评估。它不仅依赖于裸纵、横波速度，而且依赖于相干波的重整化速度和衰减系数。由L给出的长度尺度的影响，以及对于弦的共振频率附近的频率的共振行为的影响，可以被明确地识别。扩散常数的Kubo表示可以被识别。以前的通用结果，获得的能量转移形式主义，恢复时，每单位体积的位错数是小的。这包括扩散能量密度的均分，然而，这一般不成立。该形式主义与介质中随机分布的电介质散射体的电磁波的行为有许多相似之处;然而，弹性相互作用是动量相关的。
2022-04-11 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
Discrete dislocation plasticity HELPs understand hydrogen effects in bcc materials
在试图弥合原子和连续塑性模拟铁中的氢之间的差距，我们提出了三维离散位错塑性模拟结合氢的弹性应力和氢依赖的位错迁移率法。根据Gu和El-Awady（2018）推导的公式，结合氢致应力，在这里我们通过叠加原理将其扩展到有限边界值问题，即微悬臂梁。氢相关迁移率定律基于Katzarov等人（2017）的第一原理计算，并发现在体相氢浓度为0.1 appm时促进位错生成并增强滑移平面性;这对于bcc材料是典型的。氢弹性应力产生相同的行为，但只有当体积浓度非常高。在微悬臂梁，氢被发现，以促进位错活动，降低流动应力，并产生更明显的滑移台阶上的自由表面。这些观察结果是一致的氢增强局部塑性（HELP）机制，它的结论是，氢的弹性应力和氢增加位错的流动性是可行的解释HELP。然而，在体心立方金属中通常发现的低浓度下，后者占主导地位。
2018-07-13 cond-mat.mtrl-sci
Diffusion-controlled phase growth on dislocations
本文讨论溶质原子在螺位错周围的扩散问题。特别是，我们表示和解决的扩散方程，在径向对称，在一个弹性场的螺旋位错的磁通量守恒边界条件的界面上的一个新的阶段。本文研究了在螺位错应力场作用下生长的非共格第二相沉淀物。在空间维度d=2和d=3中评估作为过饱和度和应变能参数的函数的第二相生长速率。我们的计算表明，位错力的振幅的增加，例如，伯格斯矢量的大小，增强合金中的第二相生长。此外，在位错的弹性场的存在下，过饱和度的沉淀物的尺寸的关系进行了计算。
2009-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Discrete models of dislocations and their motion in cubic crystals
本文提出了一个以标准线性各向异性弹性为连续极限的、描述晶格缺陷的离散模型。进入模型的主要成分是材料的弹性刚度常数和一个无量纲的周期函数，恢复晶体的平移不变性和影响Peierls应力。给出了立方对称晶体：sc，fcc和bcc的显式表达式。该模型的数值模拟与保守或阻尼动力学说明静态和移动刃和螺旋位错，并描述他们的核心和配置文件。位错环和偶极子也进行了数值观察。裂纹可以通过向由两个刃位错形成的偶极子施加足够的载荷来产生和扩展。
2005-03-01 cond-mat.mtrl-sci
A Modified Screw Dislocation With Non-Singular Core of Finite Radius From Einstein-Like Gauge Equation (Non-Linear Approach)
本文在平移规范方法的框架下，采用Hilbert-Einstein规范拉格朗日量，研究了无限长直圆柱上的非奇异螺旋位错的连续模型。应力-应变本构关系包含了各向同性连续体的弹性能，在应变分量中包含了二阶项和三阶项。对以弹性应力张量为驱动源的Einstein型规范方程进行了微扰研究，得到了修正螺位错对应力势的二阶贡献.在圆柱体的外表面施加无应力边界条件。避免了传统方法的截断，即不考虑缺陷轴附近的管状，并且获得的螺钉脱位的总应力在整个身体中都是有效的。给出了位错核半径与二阶和三阶弹性常数的关系式。
2003-12-30 cond-mat.mtrl-sci gr-qc
Scattering of phonons by quantum dislocations segments in an elastic continuum
一个正则量子化程序被施加到弹性波与钉扎位错段通过Peach-Koehler力的相互作用。相互作用哈密顿量，从经典产生Peach-Koehler力的作用原理中推导出来，是一个产生和湮灭算符的幂级数。首项是二次项，仅保留这一项，散射过程的可观测量在微扰论中计算到所有阶次。由此产生的理论的特点是大小的$kL$，与$k$的波数入射声子。该理论解决了任意$kL$，并探讨了不同的限制。在这个水平上的一个重要结果是声子的散射截面的位错段。该截面具有比从无限静态位错的散射推断出的频率线性行为丰富得多的结构。当存在许多位错时，在弱独立散射近似中计算有效质量算子。三次项的贡献计算的领先秩序微扰理论，允许由激发位错和三声子散射的声子的散射的比较，以及研究的散射振幅对固体的温度的依赖性。它的结论是位错的影响将占主导地位的相对温和的位错密度。最后，考虑相互作用哈密顿量的全幂级数。量子修正的影响，即，的贡献成比例的普朗克常数，估计，并发现控制的另一个波数依赖参数$k d_q$，其中$d_q$是一个长度成比例的$\sqrt{\hbar}$。使用本文的结果在二维和三维材料的声子热性质的研究的可能性被注意到和讨论。
2019-01-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stress and dislocation distributions near a crack tip in ductile single crystals
在连续位错理论的范围内，给出了在每个半平面上只有一个活动滑移系的单晶平面应变裂纹问题的渐近分析。这种渐近分析的结果表明，在塑性形变过程中，平方根应力奇异性仍然有效，而位错密度与应力强度因子成正比，并按距裂纹尖端距离的平方根分布。给出了位错密度角分布的解析解。
2015-08-14 cond-mat.mtrl-sci
Measuring strain and rotation fields at the dislocation core in graphene
应变场、位错和缺陷可用于控制石墨烯的电子性质。通过使用高分辨率透射电子显微镜的先进成像技术，我们以单原子灵敏度测量了单层石墨烯中位错的应变场和旋转场。这些场与传统的线弹性力学给出的场有质的不同。然而，从二维（2D）离散弹性和三维离散周期化Föppl-vonKármán方程（dpFvKEs）计算的原子位置产生的场接近实验时，由几何相位分析确定。2D理论产生对称场，而来自实验的场表现出不对称性。dpFvKEs的数值解提供的应变和旋转场的位错偶极子和对，也表现出不对称性，并与实验相比，可能会产生信息的原子的面外位移。虽然离散理论需要数值求解，但位错的应变和旋转的解析公式可以从2D Mindlin的超应力理论中获得。这些公式对于拟合实验数据非常有用，并提供了一个模板，以确定非线性和非平面效应的重要性。测量这个理论的参数，我们发现两个特征长度之间的三到四倍的晶格间距，控制膨胀和旋转的位错。在离位错核较远的地方，弹性场衰减到常规弹性场。我们的研究结果可能与石墨烯和当前感兴趣的其他2D材料的应变工程有关。
2015-10-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Computationally efficient method for determining limiting velocities of edge dislocations in anisotropic crystals
Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
针对反射对称刃型位错极限速度计算缓慢的问题，提出一种高效方法，基于连续极限理论推导出快速求解方案。
2026-07-14 cond-mat.mtrl-sci
The gauge theory of dislocations: a uniformly moving screw dislocation
本文在位错的平移规范理论的框架内给出了运动螺型位错的运动方程。在规范场理论公式中，位错是一个有质量的规范场。计算了匀速运动螺型位错的规范场理论解。我们给出了亚音速和超音速的解。因此，从场论的观点来看，超音速位错是不被禁止的。我们表明，位错核心的弹性发散被删除。我们还讨论了超声速螺位错产生的马赫锥。
2009-11-24 cond-mat.mtrl-sci
