Elasticity, plasticity and screening in amorphous solids: a short review
本文综述了非晶固体中塑性事件如何通过集体诱导类位错偶极子影响其涌现力学性质的新理论，并给出理论与模拟、实验对比的实例。
2023-11-01 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
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
Avalanche localization and crossover scaling in amorphous plasticity
我们进行大规模模拟的二维格子模型的非晶塑性随机局部屈服应力和长程四极弹性相互作用。我们表明，作为外部应力的增加对屈服相变，雪崩的标度行为跨越从平均场论到一个不同的普适性类。这种行为与应变局部化有关，应变局部化显著依赖于相互作用核的短程性质。
2013-09-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Modeling plasticity of amorphous composites: Scalar is not enough
我们使用一个连续的介观模型来解决塑性复合材料的屈服性能，形成的主机材料和夹杂物具有不同的弹性和/或塑性性能。研究了在均匀外偏应力作用下复合材料的流动特性。我们发现，由于夹杂物引起的不均匀性，标量建模在一个单一的偏应变的对称性比外部施加的变形方面给出了不准确的结果。真实的建模必须包括所有可能的剪切变形。在一个二维系统中实现这个模型，我们表明，较硬的夹杂物的效果是非常弱的相对较高的浓度。而对于较软的夹杂物，这种影响要强得多，即使夹杂物的浓度很小，也会影响流动曲线的形状和临界应力。我们还提出了一个完整的三维模拟方案的细节，并获得相应的结果，无论是硬和软夹杂物。
2019-11-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Aging and rejuvenation during elastostatic loading of amorphous alloys
利用分子动力学模拟，我们研究了单轴弹性静态压缩对二元玻璃的势能、结构弛豫和力学性质的影响。我们考虑的三维Kob-Andersen二元混合物，这是最初从液体状态冷却到玻璃相，在零压力下，以缓慢的速度。然后，在延长的时间间隔期间，在退火温度下对玻璃施加静态应力。结果表明，当退火温度小于玻璃化转变温度的一小部分时，屈服点以下的静应力会引起大规模的塑性形变和明显的年轻化。相比之下，老化效应变得占主导地位，在足够小的值的静态应力和较高的退火温度。弹性静态压缩后的力学测试表明，弹性模量和屈服应力都在再生样品中降低，而松弛的玻璃观察到相反的趋势。这些结果可能对优化力学性能的金属玻璃的形变热处理有帮助。
2019-05-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Athermal Shear-Transformation-Zone Theory of Amorphous Plastic Deformation II: Analysis of Simulated Amorphous Silicon
在前一篇论文中，我们发展了非晶塑性的非热剪切转变区（STZ）理论。在这里，我们使用这个理论在分析的数值模拟塑性非晶硅Demkowicz和氩（DA）。除了体积力学性质外，这些作者还观察到了他们变形系统的内部特征，这些特征在重要方面挑战了我们的理论。我们提出了一个准热力学解释他们的观察，其中有效的无序温度，产生的机械变形远低于玻璃温度，支配的行为，其他状态变量的下降和不平衡与它。我们的分析指出，无论是由DA在他们的模拟中使用的步骤应变程序的限制，或者STZ理论描述应力-应变曲线快速瞬变的能力，或者两者兼而有之。一旦我们考虑到这个限制，我们就能够使我们的理论预测与模拟准确一致。
2007-01-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Deformation and flow of amorphous solids: An updated review of mesoscale elastoplastic models
无序固体的变形和流动，如金属玻璃和浓乳液，涉及到粒子的快速局部重排，引起长程变形场。为了描述这些非均质过程，弹塑性模型将材料处理为在弹性行为和塑性松弛之间交替的“介观”块的集合，当它们被加载时。塑性松弛事件以非常各向异性的方式重新分布系统中的应力。我们不仅回顾了这些模型提供的物理洞察力到实际问题，如应变局部化，蠕变和稳态流变学，但也解决了基本问题，他们在屈服点和雪崩的塑料事件的统计临界。此外，我们讨论了与并发平均场方法和相关问题，如晶体的塑性和弹性线的脱钉连接。
2018-07-06 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Avalanches, loading and finite size effects in 2D amorphous plasticity: results from a finite element model
晶体塑性与位错力学密切相关，目前已得到较好的理解。另一方面，非晶材料中的塑性形变的概念和物理模型-其中线性晶格缺陷的概念不适用-仍然落后。我们介绍了一个基于特征应变的有限元晶格模型模拟剪切带的形成和应变雪崩。我们的模型使我们能够研究表面和有限尺寸效应对雪崩统计的影响。我们发现，即使在相对复杂的加载条件和开放边界条件下，描述雪崩统计的临界指数是不变的，这验证了使用更简单的标量晶格模型来研究这些现象。
2015-02-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Athermal Nonlinear Elastic Constants of Amorphous Solids
我们推导出最低的非线性弹性常数的非晶态固体在无热条件下（三阶），在组成粒子之间的相互作用势的表达式。当非晶态固体在无热极限下发生塑性流动或断裂等不稳定性时，这些常数的影响不可忽视;在这种情况下，弹性响应极大地增加，使系统远远超出线性范围。我们证明了现有的热非线性弹性常数理论在零温极限下收敛于我们的表达式。我们通过讨论两个例子来激发计算，其中这些非线性弹性常数在非晶态固体的弹塑性中起着至关重要的作用。第一个例子是塑性诱导的记忆，这是典型的非晶态固体（引起鲍辛格效应）。第二个例子是如何从非线性弹性常数的知识来预测下一个塑性事件。利用本文的结果，我们推导出一个简单的微分方程的最低特征值的Hessian矩阵在外部应变附近的机械不稳定性，这个方程预测的特征值如何消失的机械不稳定性和应变的值发生。
2010-04-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Yielding and plasticity in amorphous solids
本文从统计力学视角综述了非晶态固体在小变形、屈服转变及堵塞转变附近的力学行为，并拓展到致密生物与活性材料流变学研究。
2024-01-17 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Stochastic Approach to Plasticity and Yield in Amorphous Solids
我们专注于概率分布函数（pdf）$P(Δγ; γ)$其中$Δγ$是{ \em测量}的非热应变非晶态固体中的塑性事件之间的应变间隔，和$γ$措施的累积应变。该分布的尾部为$Δγ\to 0$（在热力学极限下），其标度类似于$Δγ^η$。指数$η$通过缩放关系与海森矩阵$P(λ)$的{ \em塑性模式}的特征值的pdf的尾部相关，其缩放像$λ^θ$，$η=(θ-1)/2$。$η$或$θ$的数值可以很容易地确定在无应变的材料和塑性流动的屈服状态。当$γ$增加时，在确定这些状态之间的这些指数时需要特别小心。确定pdf $P(Δγ; γ)$的$γ$依赖性可以对塑性和屈服提供重要的启示。我们的结论是$Δγ$和$λ$的PDF的$γ$不连续的功能。在缓慢淬火的非晶态固体中，它们经历两个不连续的转变，首先在$γ=0^+$，然后在屈服点$γ=γ_{_{\rm Y}}$到塑性流动。在快速淬火的非晶态固体中，由于屈服前不存在应力峰，第二次转变被模糊。这些转变的性质和缩放关系与系统的大小依赖的$\langle Δγ\rangle$进行了讨论。
2015-09-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Topological defects govern plasticity and shear band formation in two-dimensional amorphous solids
本文利用二维非晶颗粒堆积的纯剪切实验，证明位移场中的拓扑缺陷是塑性载体，可预测塑性起始与整体力学响应，并揭示其局域化和协同排列驱动宏观剪切带形成，从而建立连接拓扑、短程序与力学响应的统一框架。
2025-07-04 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Statistical Physics of Elasto-Plastic Steady States in Amorphous Solids: Finite Temperatures and Strain Rates
研究了有限温度$T$和有限应变速率$\dotγ$对由$N$颗粒组成的非晶态固体塑性形变统计物理的影响。我们认识到三种统计性质不同的温度制度。在第一种状态下，温度非常低，即$T<T_{\rm cross}(N)$，并且应变是准静态的。在这个制度的弹塑性稳定状态表现出高度相关的塑性事件，其统计特征是异常指数。在第二个政权$T_{\rm cross}(N)<T<T_{\rm max}(\dotγ)$的系统尺寸依赖的应力波动变得正常，但方差取决于应变率。交叉的物理机制是不同的增加温度和增加应变速率，因为塑性事件仍然是由机械不稳定性（视为一个特征值的海森矩阵趋于零），和温度的影响只是为了促进过渡。在第二交叉温度$T_{\rm max}(\dotγ)$以上出现第三状态，其中应力波动变得由热噪声主导。在整个论文中，我们证明了标度概念与手头的问题高度相关，最后我们提出了一个标度理论，该理论能够对所有温度和应变率值的数据进行压缩，为我们提供了高度的可预测性。
2010-06-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Hedgehog topological defects in 3D amorphous solids
本文提出用刺猬拓扑缺陷表征三维玻璃塑性并预测软点位置，通过模拟Kremer-Grest聚合物玻璃发现双曲几何形态的刺猬缺陷与塑性相关，为三维非晶系统的塑性拓扑表征提供了具体实现。
2025-03-11 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
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
Effect of annealed disorder on the plasticity of amorphous solids
本文在可移动重杂质非晶固体模型中研究退火无序，发现增大杂质质量可提高剪切模量与屈服应力、抑制剪切带，并在临界质量后使塑性事件完全局域化。
2024-06-18 cond-mat.soft 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
Learning local, quenched disorder in plasticity and other crackling noise phenomena
当远离平衡时，多体系统的行为强烈依赖于初始条件。一个典型的例子是结晶和非晶材料的塑性现象，它强烈地依赖于材料的历史。在塑性建模中，通过淬火、局部和无序的流动应力分布来捕获历史。虽然正是这种无序导致了在纳米级塑性形变过程中经常观察到的雪崩，但功能形式和缩放特性仍然难以捉摸。在本文中，一个通用的形式主义，推导出局部的无序分布，从现场响应（如应力/应变）的时间序列模型的裂纹噪声。我们证明了该方法的效率在滞后随机场伊辛模型，也已被用来模拟晶体和非晶塑性的弹性界面脱钉模型。我们发现，解决淬火无序分布的能力，提高了时间分辨率和样本数。
2018-03-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The Plastic Response of Magnetoelastic Amorphous Solids
研究了磁致弹性非晶态固体在机械应变和磁场作用下的塑性响应。众所周知，非磁性非晶态固体在外应变$γ$下的塑性由余维1鞍结分叉主导，其中Hessian矩阵的本征值在$γ$处消失，如$\sqrt{γ_P-γ}$。这种平方根奇异性决定了弹塑性的统计物理，特别是在热-准静态条件下的应力-应变曲线。在这封信中，我们将讨论磁性非晶态固体中丰富得多的物理现象。首先，磁性非晶态固体在外加应变和外加磁场作用下表现出余维2塑性不稳定性。其次，相图预示着一系列丰富的新效应，这些效应几乎没有被研究过;这为磁塑性材料开辟了一个新颖而极其丰富的研究计划。
2012-05-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Criticality in elastoplastic models of amorphous solids with stress-dependent yielding rates
我们分析了不同的弹塑性模型接近屈服转变的行为。我们提出了两种规则的局部屈服事件：屈服发生在局部阈值以上，无论是在一个恒定的速率或与应力过剩的平方根增加的速率。我们建立了一个家庭的“静态”的通用临界指数，不依赖于这个动态的模型规则的细节：特别是，指数的雪崩尺寸分布$P(S)\sim S^{-τ_S}f(S/L^{d_f})$和指数描述的密度的网站在屈服的边缘，我们发现是$P(x)\simeq P(0) + x^θ$的形式与$P(0)\sim L^{-a}$控制极值统计。另一方面，我们讨论了“动态”指数，是敏感的局部屈服规则的细节。我们发现，除了控制雪崩持续时间的动力学指数$z$外，流量曲线的（逆）Herschel-Bulkley指数$β$（$\dotγ\sim(σ-σ_c)^β$）也进入这一类别，并且可以看出两种屈服率情况下的$\frac12$不同。我们通过计算Hébraud-Lequeux模型中的指数变化并找到一个相同的位移来分析支持这个数值观测。我们进一步讨论了一种替代的平均场近似，以产生仅基于所谓的赫斯特指数的累积机械噪声信号，这给出了良好的预测的指数提取的模拟完全空间模型。
2019-10-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Atomistic Simulations of Magnetic Amorphous Solids: Magnetostriction, Barkhausen noise and novel singularities
我们提出了一个新的模型的磁性非晶态固体受到外部机械应变和磁场的原子模拟结果。所采用的模型提供了新的观点，如巴克豪森噪声和磁致伸缩的重要影响。结果表明，在这样的系统中的塑性响应表现出奇异性，其特征在于意想不到的指数，需要仔细的理论推理。塑性事件的空间结构需要一种新的粗粒化弹磁理论。
2013-10-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Disorder Induced Nonlinear Mode Coupling and Symmetry Breaking in Amorphous Solids
本研究通过极小径向应变实验揭示非晶固体中无序诱导的非线性模式耦合导致对称性破缺，并用Michell解定量解释该现象。
2023-01-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Unifying Plasticity in Ordered and Disordered Matter using Topological and Geometrical Descriptors
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；Wilczek Quantum Center, Shanghai Jiao Tong University（上海交大吴健雄量子中心）；Chengdu University of Technology（成都理工大学）
本文通过引入位错、位形变和不兼容密度场，揭示了无序材料中塑性流动区域的识别问题，并展示了这些场在二维玻璃和三维颗粒系统中的预测能力，揭示了旋转缺陷在三维中的主导作用。
2026-09-22 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A stability-reversibility map unifies elasticity, plasticity, yielding and jamming in hard sphere glasses
非晶态固体，例如玻璃，对变形具有复杂的响应，在材料设计和应用中具有显著的后果。在这方面，两个相互交织的方面很重要：稳定性和可逆性。一方面，理解玻璃如何由于剪切变形下的塑性增加而变得不稳定是至关重要的;另一方面，响应在多大程度上是可逆的，这意味着一旦扰动被释放，系统能够恢复原始配置的程度。在这里，我们专注于组装的硬球作为非晶态固体，如胶体玻璃和颗粒物质的最简单的模型。我们准备的玻璃态淬火从平衡过冷液体状态，这是通过使用交换蒙特卡罗算法得到的，并对应于一个广泛的结构弛豫时间尺度。我们详尽地映射出它们的稳定性和可逆性下的体积和剪切应变，使用广泛的数值模拟。在体积剪切应变相图上，原始玻璃状态保持固态的区域由剪切屈服线和剪切干扰线界定，剪切屈服线和剪切干扰线在屈服干扰交叉点相遇。该固相可以进一步分为两个亚相：稳定的玻璃相，其中系统完全弹性变形并且是完全可逆的，以及边缘玻璃相，其中它在介观尺度上经历随机塑性形变并且是部分不可逆的。稳定性-可逆性图的细节强烈地取决于玻璃退火的质量。这一研究为理解非晶态固体的弹性、塑性、屈服和堵塞提供了一个统一的框架。
2018-10-08 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Properties of the density of shear transformations in driven amorphous solids
在非晶态固体的缓慢变形过程中，触发连续雪崩的应变载荷$Δγ$是一个关键的可观察因素。它的时间平均值$\langle Δγ\rangle$显示了一个非平凡的系统大小的依赖性，构成了屈服过渡的显着特征之一。这种依赖性的细节尚未完全了解。我们通过对非晶态固体的弹塑性模型的理论分析和模拟来解决这个问题。精确测定$\langle Δγ\rangle$的尺寸依赖性导致精确评估局部距离不稳定性$x$的稳态分布。我们发现，通常假设的形式$P(x)\sim x^θ$（与$θ$是所谓的伪间隙指数）是不准确的低$x$和一般$P(x)$往往是一个系统大小依赖的\textit{finite}限制为$x\to 0$。我们工作的后果，这种有限大小的依赖站在随机行走的确切结果，并披露了另一种解释的机械噪音所感受到的参考网站。我们测试我们的预测在二维和三维弹塑性模型，显示在小$x$上的尺寸依赖性的$\langle Δγ\rangle$和相关缩放的$P(x)$的饱和度的至关重要的影响。
2020-11-23 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Soft modes and strain redistribution in continuous models of amorphous plasticity: the Eshelby paradigm, and beyond?
无序固体的变形依赖于粒子的快速和局部重排。软振动模式的检查可以帮助预测这些重排的位置，而它们实际上重新分布的应变介导了集体效应。在这里，我们研究软模式和应变重分布在一个二维连续的介观模型的基础上金斯堡-朗道自由能完美的固体，补充了塑性无序的潜力，占剪切软化和重排。无论无序强度如何，我们的数值模拟显示软模式总是在材料的最软点处急剧达到峰值（与弹性界面的脱钉不同）。与普遍的观点相反，这个峰周围的变形晕并不总是具有四极（Eshelby样）形状。相反，对于有限和窄分布的无序，它看起来像一个断裂，应变场集中在一些容易的方向。这些发现是合理的分析计算的情况下，塑料障碍被限制在一个点样的“杂质”。在这种情况下，我们揭示了一个连续的家庭的弹性传播，这是相同的软模式和平衡配置。随着弹性介质各向异性的增加，该族在标准四极传播子和类四极传播子之间插值。因此，我们希望看到一个类似于裂纹的传播子，当断裂边缘的扩展区域已经沿着剪切方向软化，从而使材料各向异性，但还没有失败。我们推测，这可能是在仔细老化的玻璃宏观故障之前的情况。
2018-04-05 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Renormalization of elastic quadrupoles in amorphous solids
非晶态固体中的塑性由局部四极不稳定性介导，但是非晶态固体最终失效或熔化的机制是有争议的。在这项工作中，我们认为，这些现象可以在有限温度下的四极缺陷的弹性连续模型问题进行研究。提出了这个问题，并分析了缺陷的集体行为。利用重整化群和场论方法，发现该模型存在一个失稳型的屈服/熔化相变。
2020-03-26 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Finite-disorder critical point in the yielding transition of elasto-plastic models
在加载时，非晶态固体可表现出脆性屈服，其中宏观剪切带的突然形成导致断裂，或延性屈服，其中大量塑性事件导致均匀流动。最近有人提出，并随后质疑，这两个政权分开的尖锐的临界点，作为一个功能的一些控制参数表征的内在的无序强度和程度的稳定性的固体。为了解决这个问题，我们已经进行了广泛的数值模拟非热驱动的弹塑性模型与远程和各向异性的现实相互作用内核在二维和三维。我们的研究结果提供了明确的证据，分离脆性和韧性屈服的有限无序临界点，我们提供了在2D和3D的临界指数的估计。
2022-11-24 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
