Ab Initio Study of Screw Dislocations in Mo and Ta: A new picture of plasticity in bcc transition metals
我们首次报道了<111>体心立方过渡金属Mo和Ta中螺位错核的从头计算密度泛函研究。我们的研究结果提出了一个新的图片的体心立方塑性对称和紧凑的位错核心，相反，目前接受的图片的基础上连续和原子间的潜力。在这个新的图片的核心能量尺度是在更好地符合Peierls能量障碍位错运动的实验建议。
1999-12-12 cond-mat.mtrl-sci
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
Size effects and idealized dislocation microstructure at small scales: predictions of a phenomenological model of Mesoscopic Field Dislocation Mechanics: Part I
发展了一个唯象介观场位错力学（PMFDM）模型，将连续塑性理论推广到研究小尺度塑性力学的初边值问题。PMFDM的结果从一个基本的时空平均的场位错力学（FDM）的方程，其次是封闭的假设，从任何应变梯度塑性模型，试图模拟几何必要的位错（GND）的影响，只有在加工硬化。
2005-10-02 cond-mat.mtrl-sci
Critical behavior and size dependence in dislocation plasticity
微晶的变形与其宏观对应物非常不同，表现出尺寸依赖性屈服应力和间歇性塑性应变爆发。在这里，我们表明，尺寸效应和应变爆发可能只是两个不同的签名的基本集体现象，支配所有尺度上的位错系统的动力学。我们证实了这一猜想，通过展示压缩微柱的2D和3D位错动力学模拟和实验结果之间的协议。我们的研究结果表明，小样本塑性的许多特点可能会出现集体位错动力学的有限尺寸标度属性，而不是从物理机制的变化，位错运动。
2012-04-03 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamic theory of dislocation-enabled plasticity
位错激活塑性的热力学理论是基于两个非传统的假设。其中第一个是，由外力驱动并与环境进行不可逆热交换的位错系统，必须以热力学定义的有效温度为特征，该温度与常温不同。第二个假设是控制塑性形变的主要机制是热激活的位错对的脱钉。本文包括一个系统的重新制定这个理论，其次是它的使用实验观察到的现象，包括应变硬化，晶粒尺寸（霍尔-佩奇）的影响，屈服过渡，绝热剪切带分析的例子。
2017-07-17 cond-mat.mtrl-sci
A link between microstructure evolution and macroscopic response in elasto-plasticity: formulation and numerical approximation of the higher-dimensional Continuum Dislocation Dynamics theory
微塑性理论和模型适用于解释和预测长度尺度上器件的机械响应，其中塑性形变的载体-位错-的影响不能被忽略或完全平均。为了在不解决每个单个位错的情况下考虑这些效应，已经开发了各种各样的连续描述，其中包括Hochrainer等人的高维连续位错动力学（hdCDD）理论（Phil. Mag. 87，pp. 1261-1282）采用不同的统计方法，并且包含通常仅包含在离散位错模型中的信息。我们提出了一个简洁的配方HDCDD在一般单晶塑性上下文中连同一个不连续的Galerkin计划的数值实施，我们评估的数值例子：拉伸和剪切载荷下的薄膜。我们研究了不同的实际边界条件的影响，并表明位错通量和它们的线的曲率是小尺度塑性的关键特征。
2015-06-09 cond-mat.mtrl-sci
Room-temperature bulk plasticity and tunable dislocation densities in KTaO3
本研究通过循环布氏压痕、划痕及单轴压缩实验，证明单晶KTaO3在室温下具有由位错介导的体塑性，可实现可调位错密度，并确定滑移系为<110>{1-10}，颠覆了其易脆断的传统认知。
2024-06-02 cond-mat.mtrl-sci
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
The Universality Class of Nano-Crystal Plasticity: Self-Organization and Localization in Discrete Dislocation Dynamics
尽管晶体和非晶系统中的微观缺陷特征不同，但塑性变形系统中雪崩行为的普适性已被广泛讨论。与无定形系统相反，结晶流动应力在高应变和/或加载速率下显著增加。我们进行模拟的二维离散位错动力学模型，最低限度地捕捉纳米晶变形的现象。在这个模型的背景下，我们证明了在大速率（> 1000/s）下位错塑性的经典速率依赖性，从根本上控制了系统的统计特性，因为它与位错成核竞争：在大速率下，该行为在统计上由“拖曳”移动位错的长程相关性主导。在小速率下，塑性局部化在小体积中占主导地位，并且发生雪崩行为的空间整合。
2018-10-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Thermodynamic analysis of the Livermore molecular-dynamics simulations of dislocation-mediated plasticity
最近大规模的位错介导的固体塑性分子动力学模拟的结果与这些现象的统计热力学理论的预测是一致的。这些计算和理论分析是在实质上彼此一致的应变率依赖于稳定的塑性流动和瞬态应力峰值与初始小密度的位错的描述。数值模拟结果与基本理论的比较揭示了固体塑性的一些传统唯象描述的不一致性。
2018-05-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Harvesting room-temperature plasticity in ceramics by mechanically seeded dislocations
本文提出通过室温机械植入高密度可动位错，触发交滑移与位错增殖，使陶瓷实现超过30%的大塑性应变，无需高温工艺即可抑制脆性断裂并收获室温塑性。
2024-06-02 cond-mat.mtrl-sci
A First Experiment at Interfacing Crystal Plasticity and Continuum Dislocation Dynamics
本研究提出基于流线构建的计算方法，从连续位错动力学模拟中提取位错子结构的统计参数，发现可动位错段长度和平均自由程随应变减小，为晶体塑性模型提供微观结构输入。
2025-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Direct Observation of Room-Temperature Dislocation Plasticity in Diamond
众所周知，金刚石在室温下不发生塑性变形，通常以灾难性的脆性断裂而失效。在这里，我们展示了亚微米尺寸的金刚石柱的室温位错塑性在透射电子显微镜的原位力学测试。我们在前所未有的细节文件的时空特性的位错引入的无约束压缩，包括位错的产生和传播。断层重建的原子分辨观测结果明确地表明，Burgers矢量为1/2的混合型位错分别<110>在和方向的单轴压缩下在金刚石的非密排{001}面被激活<111><110>，而在定向加载下在{111}面被激活<100>，表明取向相关的位错塑性。这些结果为金刚石的力学行为提供了新的见解，并刺激了对金刚石以及其他脆性共价晶体在低温下的基本变形机制的重新思考。
2020-02-14 cond-mat.mtrl-sci
Micro-plasticity and intermittent dislocation activity in a simplified micro structural model
在这里，我们提出了一个模型来研究微塑性区的应力-应变曲线。在这个模型中，一个明确的位错人口表示的移动位错含量和内部剪切应力场表示的平均场描述的不动的位错含量。移动位错被约束到一个简单的偶极垫的几何形状，并通过位错动力学算法建模，而剪切应力场被选择为沿垫方向的距离的正弦函数。后者由周期性长度和剪切应力幅度定义，代表预先存在的微结构。这些模型参数，随着移动位错密度，被发现承认的微塑性行为的多样性，涉及间歇性塑性的形式的无标度雪崩现象，与指数的应变突发幅度分布类似的实验和更复杂的位错动力学模拟中看到的。
2013-02-08 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation pattern formation in finite deformation crystal plasticity
首次证明了有限变形晶体塑性中应力位错斑图形成的规律。在同一数学模型中也证明了尺寸效应。该模型在经典晶体塑性理论的基础上增加了两个额外的材料参数。所示的位错微观结构是从变形微观结构中分离出来的，并且在没有考虑与交叉滑移相关的潜在硬化或本构假设的情况下出现。晶体取向对斑图形成和机械响应的影响也被证明。显然无关的必要性的乘法分解的变形梯度，塑性变形张量，并选择一个参考配置在我们的模型来描述塑性的微观力学，因为它产生于位错的存在和运动是值得注意的。
2018-12-01 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
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
Critical stress statistics and a fold catastrophe in intermittent crystal plasticity
研究了单位错动力学模拟中第一个离散塑性事件的统计和起源。这是通过一个线性稳定性分析的发展中的位错配置的不可逆塑性开始。它被发现，通过一个折叠突变，位错配置加载前直接决定的应力，塑性事件发生时，一个和两个触发位错之间的参与。由此产生的不可逆塑性应变所产生的不稳定性被认为是高度相关的这些触发位错。
2016-03-02 cond-mat.mtrl-sci
A small-distortion geometric model for elasto-plasticity in single crystals driven by the motion of dislocations
Mathematics Institute, University of Warwick（华威大学数学研究所）
本文提出小畸变几何模型，基于小畸变假设与线张力近似，结合时空框架，实现由位错运动直接驱动的单晶弹塑性建模，并连接离散位错与连续介质理论。
2026-09-22 cond-mat.mtrl-sci
Modeling directional hardening and intrinsic size effects using a dislocation density-based strain gradient plasticity framework
这项工作提出了一个位错密度为基础的应变梯度$J_2$塑性框架，模型的强度贡献，由于几何必要位错（GNDs）使用低阶，泰勒硬化背应力模型。引入了一个各向异性因子来表征$J_2$塑性框架中晶粒间的差异硬化。对有限变形塑性模型的时间积分采用隐式数值算法。该框架首先用于预测由于在循环加载过程中的GND诱导的背应力的定向硬化。变形轮廓进行了研究，以了解子结构属性有助于定向硬化。然后，该框架被用来预测的内在的，晶粒尺寸相关的多晶粒系综加强。具有不同晶粒尺寸的模拟模型预测与霍尔-佩奇效应，也与阿什比的硬化模型，由于GNDs在polygrain合奏同意。
2022-05-03 cond-mat.mtrl-sci
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
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
Hydrogen-enhanced local plasticity in aluminum: an ab initio study
用Peierls-Nabarro模型研究了含氢和不含氢杂质的铝的位错核性质。我们发现，H不仅有利于位错发射从裂纹尖端，但也大大提高位错的流动性，导致宏观软化和减薄的材料前面的裂纹尖端。我们观察到H和位错核之间的强结合，结合能取决于位错的字符。这种依赖性可以通过抑制位错的交叉滑移和发展滑移平面性直接影响Al的力学性能。
2001-04-16 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation-point defect interaction on plasticity across the length scale in SrTiO3
Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）；The University of Osaka（大阪大学）；Technical University of Darmstadt（达姆施塔特工业大学）
研究通过跨尺度实验揭示Nb掺杂如何抑制SrTiO3中的位错形核、乘法和运动，发现氧空位促进初始塑性而Sr空位阻碍位错运动。
2026-01-14 cond-mat.mtrl-sci
Phase-field, dislocation based plasticity and damage coupled model: modelling and application to single crystal superalloys
本文提出了一个耦合相场、位错密度塑性和损伤的新模型。基于可动位错和不动位错的演化，建立了位错密度控制方程。模型中考虑了位错增殖、湮灭、位错相互作用引起的动-不动迁移和界面阻塞等机制。特别是，在位错和相场耦合模拟中经常出现的围绕粗化第二相的“吞隙”问题，在本模型中得到解决。此外，位错切割到第二相在第三蠕变过程中，这是很少被考虑在以前的相场模拟的单晶高温合金的现象，成功地捕捉在本模型与损伤耦合。模型动力学考虑了由外载荷、共格界面错配、塑性活动和损伤引起的长程应力，以及由反相界面、位错线张力和森林位错捕获引起的短程应力。利用该耦合模型对单晶高温合金在200 MPa和350 MPa下的高温蠕变进行了$\langle 001 \rangle$模拟，并与实验结果进行了比较。结果表明，在整个蠕变过程中，模拟的相组织、位错和蠕变性能与实验基本一致。
2021-12-24 cond-mat.mtrl-sci
Multiscale Discrete Dislocation Dynamics Plasticity
近十年来，离散位错（DD）分析及其计算模型得到了显著的发展。这一进展已被进一步放大的想法，耦合DD与连续介质力学分析与计算算法，如有限元。这种耦合可以为更好地理解材料在微观尺度和宏观尺度上的局部响应铺平道路，增加未来在材料，机械，结构和工艺工程分析中的应用潜力。
2005-09-20 cond-mat.mtrl-sci
Plasticity and Dislocation Dynamics in a Phase Field Crystal Model
采用相场晶体（PFC）模型研究了塑性流动中位错雪崩的临界动力学。在该模型中，通过对完美周期性基态施加剪切力，自然产生位错，而没有任何\textit{ad hoc}产生规则。这些位错相互扩散、相互作用和湮灭，形成雪崩事件。通过数据崩溃的事件能量概率密度函数为不同的剪切速率，连接到接口脱钉动力学确认。相关的临界指数同意平均场论的预测。
2010-06-11 cond-mat.mtrl-sci nlin.PS
A unification of finite deformation $J_2$ Von-Mises plasticity and quantitative dislocation mechanics
我们提出了一个框架，它统一了经典的唯象$J_2$和晶体塑性理论与定量位错力学。该理论允许任意位错分布的应力场的计算，再加上最小修改的经典（$J_2$和晶体塑性）模型的统计位错的塑性应变率，结果在一个通用的有限变形细观塑性模型。我们通过解决两个突出的挑战性问题来证明框架的一些能力：1）恢复实验观察到的幂律标度的应力-应变行为在薄金属薄膜的约束简单剪切从微柱实验推断，所有应变梯度塑性模型高估和未能预测; 2）预测代表有限体中逐渐密集的位错壁的位错分布序列的有限变形应力和能量密度场，如当宏观地观察时可能在结晶化过程中出现的，一个结果是证明了基于$\mathrmΓ$收敛的当前数学结果对于这种物理相关情况的不适用性。在这种情况下，我们的计算揭示了一个可能的“相变”的行为，为进一步的理论研究。我们还提供了一个定量的解决方案，在有限变形理论中的位错引起的体积变化的基本问题，以及显示大规模的非唯一性的解决方案的（逆）变形映射的一个机构固有的模型的有限应变位错力学，当接近作为一个问题，在经典的有限弹性。
2020-04-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
On the implementation of dislocation reactions in continuum dislocation dynamics modeling of mesoscale plasticity
细观塑性力学的连续位错动力学框架旨在捕捉位错密度的演变和晶体在受到机械载荷时的变形。它通过求解一组位错的输运方程与晶体力学方程同时进行，后者以本征应变问题的形式出现。在位错输运方程中考虑位错反应对于预测这种连续位错动力学是必不可少的。提出了一个公式，将位错反应的输运方程的矢量密度为基础的连续位错动力学。这个公式的目的是严格执行位错线的连续性，使用虚拟位错的概念，关闭所有的位错环参与交叉滑移，湮灭，和滑动和固着结反应。虚拟位错的加入使我们能够准确地执行发散自由的条件后，数值解的位错输运方程的所有滑移系统单独。一组测试进行说明的准确性的制定和解决方案的输运方程内的矢量密度为基础的连续位错动力学。将这些测试的结果与较早的方法进行比较，在该方法中，仅考虑交叉滑移时，对总位错密度张量或两个密度的总和强制执行发散自由约束，表明新方法产生高度准确的结果。体模拟进行面心立方晶体的基础上的新的配方和结果进行了比较与离散位错动力学预测相同。结合实验观察，分析了连续位错动力学获得的显微组织特征。
2020-11-20 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation Slip or Phase Transformation Lead to Room-Temperature Plasticity in Diamond: Comment on Plastic Deformation of Single-Crystal Diamond Nanopillars
尽管几十年来对金刚石的机械性能进行了广泛的研究，但由于室温下的变形能力差，因此在塑性形变机制方面仍有许多问题需要了解。在新材料最近的一项工作中，<001>基于扫描电子显微镜内未恢复变形的观察，声称室温塑性发生在取向的单晶金刚石纳米柱中。通过分子动力学模拟，提出塑性形变是由从sp3碳相到O 8-碳相的相变介导的。通过比较，我们的原位透射电子显微镜研究表明，室温下的塑性可以通过位错滑移在两个<100>和<111>取向的金刚石纳米柱。脆性到韧性的转变高度依赖于应力状态。我们注意到，表面结构可能在变形机制中起着重要的作用，因为纳米级金刚石的初始塑性总是发生在表面区域。
2020-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen Vacancies at Dislocation Core Modulate Plasticity in Strontium Titanate
Ames National Laboratory（艾姆斯国家实验室）；North Carolina State University（北卡罗来纳州立大学）；Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）；Iowa State University（爱荷华州立大学）；University of Virginia（弗吉尼亚大学）
研究通过结合透射电镜与分子动力学模拟，揭示了氧空位密度与位错运动之间的关系，发现位错环的氧空位分布影响塑性行为。
2026-05-01 cond-mat.mtrl-sci
Relating plasticity to dislocation properties by data analysis: scaling vs. machine learning approaches
塑性建模长期以来一直基于唯象模型，该模型基于对本构关系的特设假设，然后将其拟合到有限的数据。其他工作是基于物理机制的考虑，试图建立一个物理基础的观察到的塑性形变行为，通过识别孤立的缺陷过程（“机制”），观察实验或模拟，然后用于制定所谓的物理为基础的模型。这两种方法都不足以捕捉属于紧急集体现象领域的塑性形变的复杂性，也不足以理解现代高性能结构材料核心的多种变形途径的复杂相互作用。基于数据的方法提供了另一种途径对塑性建模的优势和局限性，我们在这里探讨一个简单的例子，即率和位错密度依赖的强化机制之间的相互作用，在面心立方金属。
2022-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Pattern formation in a minimal model of continuum dislocation plasticity
非均匀位错花样的自发出现是结晶固体塑性形变和应变硬化的一个显著特征。尽管在缺陷社区的材料科学和物理学方面进行了长期的努力，但是关于导致位错图案形成的物理机制还没有普遍的共识。为了建立基本的机制，我们制定了一个非常简化的，极小模型，以调查的形成模式的基础上连续理论的流量弯曲位错。我们表明，应变硬化体现在泰勒型位错密度的流动应力的依赖性，结合结构的运动方程，支配位错运动的作用下的外部应力，已经足够的位错图案的形成是一致的相似原理。
2015-05-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Avalanches and rate effects in strain-controlled discrete dislocation plasticity of Al single crystals
采用三维离散位错动力学模拟方法研究了面心立方铝单晶的应变控制塑性形变。在描述了平均应力-应变曲线的速率和尺寸依赖性之后，我们研究了幂律分布的应变爆发和平均雪崩形状，并找到了一个普适的幂律指数$τ\approx 1.0$，它表征了所有施加的应变速率和系统尺寸，同时也表征了事件的大小和持续时间.我们讨论了我们的结果对加载速率的依赖性，并将这些与以前的研究的应变控制的二维系统的离散位错，以及准静态应力控制加载的铝单晶。
2023-01-25 cond-mat.mtrl-sci
Intermittent dislocation density fluctuations in crystal plasticity from a phase-field crystal model
在二维相场晶体模型中研究了剪切单晶体中位错集体动力学引起的塑性形变。我们发现，间歇性的位错人口数的波动伴随着突发的塑性应变率波动。位错数波动在高频$f$处呈现幂律谱密度$1/f^2$。数量波动的概率分布在低驱动速率下变成双峰，对应于低密度缺陷在不规则时间与高缺陷人口交替的情况。我们提出了一个简单的随机模型的位错反应动力学，是能够捕捉这些统计特性的位错密度波动作为剪切速率的函数。
2014-12-30 cond-mat.mtrl-sci nlin.PS
Simulation of dislocation slip and twin propagation in Mg through coupling crystal plasticity and phase field models
提出了一种模拟镁合金塑性形变的数值方法，包括位错滑移和孪晶扩展。位错滑移包括通过晶体塑性模型，该模型使用有限元法求解，而孪晶传播是考虑通过相场模型，该模型使用快速傅立叶变换算法求解。采用相同的时间步长，采用不同的离散方法求解晶体塑性和相场耦合方程。采用该方法对镁微柱沿$[10\bar{1}0]$方向的压缩变形进行了数值模拟。该模型预测的应力-应变曲线以及主要变形机制与文献中的实验数据一致，并证明了在镁合金塑性形变模拟过程中明确考虑孪晶扩展的策略的可行性。最后，一个多晶体中的滑移/孪晶相互作用的例子进行了模拟，以显示该模型的能力。
2023-02-27 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation Density-Based Plasticity Model from Massive Discrete Dislocation Dynamics Database
通过对200多个单轴拉伸下塑性形变的离散位错动力学（DDD）模拟的系统粗粒化分析，提出了一个基于位错密度的单晶铜应变硬化模型。建议的本构模型有两个组成部分：一个广义泰勒关系连接解决剪切应力的位错密度在个人滑移系，和一个广义Kocks-Mecking模型的位错增殖。DDD数据强烈表明，对数依赖的流动应力的塑性剪切应变速率上的每个滑移系，和，等效地，指数依赖的塑性剪切应变速率上解决的剪切应力。因此，建议的广义泰勒关系包含Orowan关系的塑性流动。DDD数据还要求对位错倍增的Kocks-Mecking模型进行修正，以考虑塑性剪切应变率可忽略不计的滑移系上位错密度的增加。这是通过允许每个滑移系上的倍增率包括来自两个共面滑移系的塑性应变率的贡献来实现的。由此产生的本构模型成功地捕捉应变硬化率依赖于加载方向的DDD模拟预测，这也是与现有的实验相一致。
2020-06-16 cond-mat.mtrl-sci
On the incompatibility of strains and its application to mesoscopic studies of plasticity
结构转变总是受到晶格畸变的影响。如果物体要保持无裂纹，应变场不能是任意的，而必须满足圣维南相容约束。同样，在含有位错的介质中必须满足与实际位错网络一致的不相容性约束。这种约束可以被纳入基于应变的自由能泛函来研究位错对相稳定性的影响。我们提供了一个系统的分析，这个约束在三维空间，并显示如何三个不相容方程容纳任意的位错密度。这种方法允许通过最小化自由能来计算具有空间不均匀微观结构和位错分布的各向异性材料的内部应力场。通过计算刃型位错的应力场并与无限大各向同性介质中刃型位错的应力场进行比较，说明了这一点。我们概述了如何利用这个过程来研究的相互作用的塑性与极化和磁化。
2010-08-26 cond-mat.mtrl-sci
Study of size effects in thin films by means of a crystal plasticity theory based on DiFT
在最近的出版物中，我们推导出了平行刃位错多滑移系统的塑性的介观连续理论，其动机是Yefimov等人（2004 b）提出的单滑移的非局部连续晶体塑性理论。在位错场论（DiFT）中，通过Peach-Koehler相互作用，通过单个和成对位错关联，得到了每个滑移系上总位错密度和几何必要位错密度的输运方程。对相关相互作用的影响表现在背应力的形式，除了外部剪切和自洽的内部应力。本文采用新的连续介质理论研究了具有对称双滑移的单晶薄膜的尺寸效应。分析了两个边值问题：（1）热载荷作用下基片上薄膜的应力松弛问题和（2）约束薄膜中的简单剪切问题。在这些问题中，早期的离散位错模拟表明，尺寸效应是由约束界面附近的位错层产生的。这些边界层取决于滑移方向和施加的载荷，但对膜厚不敏感。我们调查在这两个问题中的控制参数的变化的应力响应。与以前的离散位错模拟的比较进行了讨论。
2007-11-23 cond-mat.mtrl-sci
Mesoscale model of dislocation motion and crystal plasticity
基于相场描述，提出了一种一致的、小尺度的结晶固体塑性运动描述。通过允许由相场和晶格畸变给出的独立质量运动，固体可以在塑性运动的时间尺度上保持机械平衡。奇异（不相容）应变由相场确定，向相场添加平滑变形以满足机械平衡。数值实现的模型，并用于研究一个基准问题：在一个六角晶格的刃位错偶极子的运动。偶极间距的时间依赖性与经典弹性力学一致，没有任何可调参数。
2018-07-26 cond-mat.mtrl-sci
New Insights on Stacking Fault Behavior in Twin Induced Plasticity from Meta-Atom Molecular Dynamics Simulations
在新材料中，由于组织有序的孪晶晶界比无序晶界更有利于提高材料的强度和塑性，因此促进形变孪晶对材料塑性的影响越来越受到人们的关注。孪晶变形通常涉及堆垛层错的动力学、堆垛层错与位错的相互作用以及位错-孪晶界的相互作用.虽然后者已被深入研究，堆垛层错的动力学知之甚少。本文通过亚原子分子动力学模拟，对孪晶诱导塑性中的层错行为提出了新的认识：层错相互作用主要是自发发生的位错反应，不同于文献中提出的机制;产生单个层错、孪晶部分位错和拖尾部分位错之间的竞争依赖于唯一的参数，即堆垛层错能，这又决定了形变孪晶行为。复杂的孪晶滑移和孪晶-位错相互作用表明了形变孪晶作为位错阻挡层和储存层的双重作用，可能有助于像Tickel钢这样的新材料的高强度和高塑性，其中形变孪晶主导的塑性占极好的强度-塑性组合。
2016-04-03 cond-mat.mtrl-sci
Scale-bridging dislocation plasticity in MgO at room temperature
本研究通过机械播种位错密度，结合微柱和体相压缩实验及3D-DDD模拟，揭示了MgO在不同尺度下位错介导的塑性变形机制及显著的尺寸效应。
2025-11-04 cond-mat.mtrl-sci
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
Dislocation dynamics and crystal plasticity in the phase field crystal model
介绍了一种晶体材料的相场模型，为研究位错运动引起的塑性流动提供了必要的理论框架。首先由相场自由能得到弹性应力，并证明它服从线弹性的应力应变关系。二维六角晶格中的位错在相场的振幅展开中表现为复合拓扑缺陷，拓扑电荷由Burgers矢量给出。这使我们能够引入一个正式的位错速度和相场的粗晶粒信封的演变之间的关系。相场晶体模型的标准耗散动力学示出，以确定位错的速度。当振幅方程成立时，我们导出了位错上的Peach-Koehler力，并计算了相应的缺陷迁移率。用二维相场晶体方程组的数值积分计算了位错偶极子的运动，与理论预测符合得很好。
2017-10-15 cond-mat.mtrl-sci
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
Dislocation breakaway from nanoparticle array linear complexions: Plasticity mechanisms and strength scaling laws
本研究通过原子级建模和分子动力学模拟，揭示Ni-Al合金中纳米颗粒阵列线性络合物通过弓出与渐进脱钉机制影响位错挣脱，并提出不同于经典Orowan弓出的新强度标度律。
2023-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Dislocations and plasticity of KTaO$_3$ perovskite modeled with a new interatomic potential
本文提出新的KTaO3原子间势并模拟<110>位错，揭示其分解、核心结构、Peierls势及电荷中性偏好，结合高分辨电镜验证，确认KTaO3延展但比SrTiO3更刚硬。
2025-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Slip intermittency and dwell fatigue in titanium alloys: a discrete dislocation plasticity analysis
本文利用离散位错塑性模型研究钛合金Ti-7Al-O的滑移间歇性与应力振荡，揭示其源于热激活位错逃逸，并发现间隙氧可抑制该现象，为驻留疲劳下喷气发动机钛合金的设计与安全评估提供依据。
2023-07-11 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation transport and line length increase in averaged descriptions of dislocations
晶体塑性是位错运动和相互作用的结果。然而，微观和介观模拟和连续晶体塑性模型之间仍然存在很大的差距。直到最近才定义了一个更高维的位错密度张量，它克服了早期位错密度测量的一些缺点。这个张量的演化方程可以被认为是位错动力学的连续版本。我们使用这个演化方程发展的总位错密度和平均曲率，共同治理的位错运动学的忠实表示，而不必使用额外的维度的演化方程。
2010-10-14 cond-mat.mtrl-sci
On identifying dynamic length scales in crystal plasticity
该研究利用含与不含球形析出物的三维离散位错动力学模拟开展最弱环分析，揭示位错雪崩的动态长度尺度及其对晶体塑性连续介质建模的影响。
2024-06-14 cond-mat.mtrl-sci
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
Enabling plastic co-deformation of disparate phases in a laser rapid solidified Sr-modified Al-Si eutectic through partial-dislocation-mediated-plasticity in Si
本研究通过激光快速凝固和Sr改性制备全共晶Al-Si，利用Si纳米纤维中部分位错介导塑性抑制开裂，实现高达26%塑性应变和约840 MPa强度的软硬相协同变形。
2023-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Predicting plasticity with soft vibrational modes: from dislocations to glasses
我们表明，准本地化的振动频谱中的低频模式可以用来构建软点，或容易重排的区域，作为一个通用的工具，用于识别固体中的流动缺陷。我们发现，软点不仅编码空间信息，通过它们的位置，而且方向信息，通过董事在每个软点内的粒子。具有孤立位错的单晶表现出低频声子模式，这些声子模式定位在核心，并且它们的偏振模式预测了原子在基本位错滑移过程中的运动。即使在多晶和无序固体中，我们发现与软点中的粒子相关的指向矢与重排中的粒子位移方向高度相关。
2014-03-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Predicting the flow stress and dominant yielding mechanisms: analytical models based on discrete dislocation plasticity
位错是晶体材料塑性的载体。它们的集体相互作用行为依赖于应变速率和样品尺寸。在小样本中，成核过程的细节是特别重要的。在目前的工作中，离散位错动力学（DDD）模拟进行调查的主要屈服机制，在单晶铜柱直径范围从100到800 nm。基于我们的模拟与不同的应变速率和样品尺寸，我们观察到的过渡相关的形核机制从“位错增殖”到“表面形核”。建立了两个基于物理的分析模型来定量预测这种转变，与我们的DDD模拟数据和现有的实验数据在不同的应变率下显示出良好的一致性。因此，所提出的分析模型有助于理解不同的物理参数和成核机制之间的相互作用，并且非常适合于估计不同材料特性和给定载荷条件下的材料强度。
2020-11-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
