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
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
Determination of the universality class of crystal plasticity
虽然标度现象早已在晶体塑性中被记录，但由于雪崩事件的罕见性，普适性类一直难以识别，这需要大的系统尺寸和长时间才能准确测量标度指数和函数。在这里，我们提出了全面的模拟剪切下的二维位错动力学，使用有限尺寸标度提取标度指数和雪崩剖面标度函数的时间分辨测量的滑移雪崩。我们的研究结果提供了令人信服的证据表明，静态和动态的普遍性类是一致的平均场接口脱钉模型。
2013-08-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Ice : The paradigm of wild plasticity
由于冰的可塑性在冰川和冰盖动力学中的重要性，人们对冰的可塑性进行了深入的研究。特别是，它的各向异性（容易基底滑动）已被怀疑了很长一段时间，然后充分表征40年前。最近出现的兴趣冰作为模型材料来研究一些基本方面的晶体塑性。一个例子是塑性波动和集体位错动力学的性质。20年前，在冰单晶变形过程中进行的声发射测量显示，塑性流动通过间歇性位错雪崩进行，尺寸和能量呈幂律分布。这意味着大部分冰的可塑性发生在很少的、非常大的雪崩中，因此相关的可塑性波动是野生的。这在材料科学界引发了一场关于塑料不透明性的激烈研究活动。冰在这场辩论中的利益进行审查，从与其他晶体材料的比较。在这种情况下，冰似乎是塑性不稳定的一个极端情况，其特征是无标度波动，复杂的空间和时间相关性以及雪崩触发。换句话说，冰可以被认为是野生可塑性的范例。
2019-02-14 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
Fluctuation phenomena in crystal plasticity - a continuum model
在微观和介观尺度上，晶体的塑性流动表现为大的内禀涨落。晶体学滑移变形发生在一系列间歇性爆发（“滑移雪崩”）与幂律尺寸分布。在空间域中，这些雪崩产生特征变形模式的形式表现出长期的空间相关性的滑移线和滑移带。我们提出了一个通用的连续介质模型，该模型考虑了局部应力-应变关系的随机性以及由此产生的塑性应变不均匀性引起的长期内应力。模型参数与晶格位错的局部动力学和相互作用有关。该模型解释了实验观察滑雪崩以及相关的滑移和表面图案形态。
2005-05-24 cond-mat.dis-nn 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
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
Avalanche-like Plasticity in Complex Concentrated Alloys: A Review Across Scales
Charles University（查理大学）；University of Žilina（日利纳大学）
本综述跨尺度探讨复杂 concentrated 合金的雪崩类与锯齿状塑性，指出其锯齿状流动非单一现象，源于多种机制，未确立独特普适类，该类合金是可调控系统。
2026-10-30 cond-mat.mtrl-sci
On the critical character of plasticity in metallic single crystals
以往的声发射（AE）实验，以及数值模拟，要求在集体位错动力学在塑性形变的自组织临界性（SOC）可能发生的冰单晶。在这里，我们报告六方晶系金属单晶的声发射实验。与滑移和孪生有关的位错雪崩被认为是AE的唯一来源。这两种类型的过程都表现出很强的间歇性。滑移和孪生事件的AE波形似乎不同，但从AE事件能量分布的角度来看，没有区别是可能的。分布总是遵循幂律，即使发生多滑和森林硬化。幂律指数与以前在冰单晶中发现的指数完全一致。随着观察到的时间聚类和雪崩之间的相互作用，这些结果是新的和强有力的论据，有利于一个一般的，SOC型，框架的晶体可塑性。
2005-12-14 cond-mat.mtrl-sci
Plastic avalanches in metal-organic framework crystals
本研究通过原位压缩测试发现HKUST-1晶体在压缩过程中发生伴随应变雪崩的锯齿状塑性流动，揭示了由局部相变引起的动态相混合及其对杨氏模量加载历史依赖性的影响，为晶体塑性提供了新机制。
2023-07-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Origin of yield stress and mechanical plasticity in model biological tissues
本研究通过计算与理论建模揭示了上皮单层在大变形下的力学塑性起源，发现组织雪崩由应力重分布和脆弱点空间分布主导，并提出可基于静态图像预测雪崩及推断组织应力的实验框架。
2025-01-31 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Universality of Avalanche Exponents in Plastic Deformation of Disordered Solids
非晶态固体的塑性屈服是由幂律分布滑移雪崩引起的，其普遍性至今仍有争议。从实验和分子动力学模拟中确定幂律指数受到有限的统计抽样的阻碍。另一方面，虽然现有的弹塑性脱钉模型给出精确的指数值，这些模型迄今已被限制到一个标量近似的塑性，这是难以调和的统计各向同性的非晶材料。在这里，我们介绍了第一次完全张量介观模型的无序介质的弹塑性，不仅可以再现各种各样的剪切带模式实验观察到的不同的变形模式，但也捕捉到的雪崩动力学的无序材料中的塑性流动。滑动雪崩的特点是普遍的分布是定量不同的平均场预测，无论是关于指数和关于形式的标度函数，这是独立的系统维数（2D与3D），边界和加载条件，和单或双轴的应力状态。我们还测量平均雪崩的形状，这是同样普遍和不一致的平均场预测。我们的结果提供了强有力的证据，在非晶材料的塑性屈服的普适类是不同的平均场脱钉。
2016-10-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Inelastic rotations and pseudo-turbulent plastic avalanches in crystals
晶体中的塑性形变常常产生无应力晶格中随机取向的小块结构。我们使用一种新的介观朗道型晶体塑性模型表明，在这样的纹理大晶格旋转可以起源于一个高度协调的非弹性滑移在微观尺度。我们的数值实验表明，位错雪崩，这导致形成这样的旋转，涉及伪湍流运动与幂律分布的空间相关性。
2023-01-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci nlin.PS
Avalanche behavior in creep failure of disordered materials
我们提出了一个介观弹塑性模型的蠕变无序材料，认为温度依赖的随机激活的局部变形事件是相互耦合的内应力，导致集体雪崩动力学。我们推广这种随机塑性模型，通过引入局部强度的损伤，减少，统计平均，增加局部塑性应变。因此，该模型捕获失败的应变局部化在一个灾难性的剪切带伴随着有限时间的奇异性的蠕变速率。雪崩的统计在运行到故障的特征在于由一个下降的雪崩指数$τ$，在故障时，接近典型的临界分支过程的值$τ= 1.5$。平均雪崩率表现出一个反大森定律作为故障时间的函数，而雪崩时间的分布结果是一致的ETAS模型的地震统计。
2018-05-18 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
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
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
Structuro-elasto-plasticity (StEP) model for plasticity in disordered solids
用于固体对变形的响应的弹塑性格构模型通常仅通过分配给每个站点的局部屈服应变隐式地包含结构。然而，局部屈服应变可以响应于系统中的附近甚至远处的塑性事件而改变。这种相互作用是理解雪崩等现象的关键，在雪崩中，一个塑性事件可以触发另一个塑性事件，导致一连串事件，但通常在弹塑性模型中被忽略。为了包括相互作用，可以计算给定颗粒系统的局部屈服应变并跟踪其演变，但这是昂贵的，并且需要颗粒相互作用的知识，这通常很难从实验中提取。相反，我们引入了一个结构量“柔软度”，它是使用机器学习获得的，与即将发生的塑料重排相关。我们发现，柔软度也与局部屈服应变。我们将柔软度构建一个“结构弹塑性”模型，再现粒子模拟结果定量几个可观察到的数量，确认我们捕捉到的局部结构，塑性和弹性的相互作用对材料响应的影响。
2022-05-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Intermittency in crystal plasticity informed by lattice symmetry
我们开发了一个非线性的，三维相场模型的晶体塑性占无限和离散的对称群G的基础周期晶格。这产生了一个复杂的能量景观，在应变空间中有无数个G相关的井，材料在加载下通过自发滑移过程引起位错的产生和运动而不需要辅助假设，通过能量最小化来演化。在由先验未知的自由边界分开的域中，可以同时激活多个滑移。在每个位置和时间的应变访问的井，跟踪的G值离散塑性映射，其不相容的不连续性识别晶格位错的演变。在微观尺度下，晶体材料塑性的主要影响出现在这个框架中，包括可能相互作用的位错的长程弹性场、晶格摩擦、硬化、位错的带状与复杂的空间分布。主要结果涉及的无标度的流动，幂律指数的滑动雪崩统计显着影响的对称性和兼容性的激活的基本剪切。
2015-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Taming intermittent plasticity at small scales
现代技术的极端小型化要求更深入地了解非传统的，波动主导的微观到纳米尺度的材料力学。实验和模拟表明，亚微米面心立方（FCC）晶体表现出高的屈服强度，这是，然而，妥协的间歇性，幂律分布的应变波动，典型的野生塑性。在宏观尺度上，相同的块体材料表现出温和的塑性，其特征在于有界的，不相关的波动。因此，反常强度和反常折射率都表现为尺寸效应。虽然前者是非常可取的，后者是有害的，因为随机位错雪崩干扰形成过程和危及结构稳定性。在本文中，我们表明，缺陷，这是在经典的冶金硬化材料，可用于在亚微米尺度，以抑制间歇性波动。我们量化的野生和温和的波动在压缩铝合金微柱的共存，表明波动的统计性质是由样本大小决定的，并提出定量策略，允许一个回火塑性不稳定性人工定制的混乱。我们的实验结果合理化使用的理论框架，量化外部（大小相关）和内部（无序相关）的长度尺度之间的竞争。
2016-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Physical scaling laws in dislocation microstructures and avalanches from dislocation dynamics simulations
研究通过位错动力学模拟揭示位错 avalanche 的幂律统计特性，发现幂律指数与位错密度无关，但截断参数受位错密度影响，为塑性模型提供定量尺度定律。
2026-04-23 cond-mat.mtrl-sci
Obstacles and sources in dislocation dynamics: Strengthening and statistics of abrupt plastic events in nanopillar compression
纳米柱的机械变形显示出与单晶体行为明显不同的特征：屈服强度随着尺寸减小而增加，并且塑性形变与应变爆发或/和应力下降（取决于加载条件）一起出现，其中随机性特征对材料制备和条件具有非常强的敏感性。这种现象的特征是一个悖论：虽然这些爆发类似于普遍的，广泛独立于材料条件，使用声发射（AE）技术在大块晶体中听到的噪音，但它们主要随着纳米柱的尺寸减小和强度增加而强烈出现。在本文中，我们提出了一个现实但最小的纳米柱弹塑性形变离散位错塑性模型，该模型与纳米柱压缩实验的主要实验观察结果一致，并为这一悖论提供了清晰的见解。随着样本量的增加，该模型自然地在纳米柱的典型渐进行为之间过渡到类似于大体积中尺度塑性的证据的行为。一致的强化，大的流动应力波动和临界雪崩的组合，只观察到在{ \it脱钉制度}的障碍是强得多的位错源，相反，当位错源强度变得可比障碍，然后屈服强度的尺寸效应是不存在的，但塑性雪崩动力学是非常普遍的，在整个样品宽度和纵横比尺度。最后，我们阐明的机制，导致我们的模型位错动力学之间的连接脱钉和尺寸效应。通过这种方式，我们的模型建立了一种统一尺度上机械变形统计方面的方法。
2016-06-03 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Dynamical correlations near dislocation jamming
位错组合在临界外部剪切应力值$σ=σ_c$下表现出卡住或屈服转变。然而，这一过渡的性质尚未确定。在这里，我们研究的异质性和集体性质的位错动力学内的晶体塑性模型接近$σ_c$，通过考虑的位错动力学的第一通道特性。当在运动相中接近跃迁时，第一次通过时间分布表现出缩放，并且相关的峰{ \it动力学}磁化率$χ_4^*$发散为$χ_4^* \sim (σ-σ_c)^{-α}$，其中$α\approx 1.1$。我们将这种缩放的动态雪崩描述。虽然静态结构的相关性被发现是独立的外部应力，我们确定了一个发散的动态相关长度$ξ_y$在垂直于位错滑移运动的方向。
2010-02-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Modeling collective dislocation dynamics in ice single crystals
本文提出了一个用数值模拟方法研究冰单晶塑性的模型。该模型包括位错之间的相互作用的长程字符，以及相互湮灭的可能性，这些线缺陷的特点是其伯格斯矢量。在模型中还引入了一个倍增机制，代表激活的Frank-Read源由于位错钉扎。我们的方法，我们能够探测的位错图案，这是由于位错动力学。此外，我们的研究结果显示驱动的动态临界现象，如缩放行为，和雪崩动力学的特点。其中一些结果解释了蠕变下冰单晶的实验结果，如实验中系统观察到的声发射强度的幂律分布。
2001-05-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Correlation versus randomization of jerky flow in an AlMgScZr alloy using acoustic emission
固体中的急动流动是由于位错的集体动力学引起的，位错的集体动力学引起锯齿形变形曲线和应变不均匀性的复杂演化。这种现象的一个丰富的例子是合金中的Portevin-Le Chatelier效应。相应的时空模式显示出一些普遍的特征，这些特征为著名的唯象分类提供了基础。近年来的研究表明，在含有纳米级析出相和（或）亚微米级晶粒的铝基合金中，应力锯齿序列和变形带运动学都具有独特的特征。在目前的工作中，急动流动的AlMgScZr合金的应力锯齿和伴随的声发射的统计分析进行了研究。在粗晶粒二元AlMg合金的情况下，声事件的振幅分布服从幂律标度，这通常被认为是雪崩状动力学的证据。然而，标度指数显示特定的应变和应变速率的依赖性的调查材料。所观察到的效果承担的同步和随机化的位错雪崩，这可能会揭示的机制，导致各种各样的急流模式中观察到的应用合金之间的竞争的证据。
2021-04-15 cond-mat.mtrl-sci nlin.AO
Fluctuations in crystalline plasticity
最近发现HCP材料中位错雪崩的声学特征在尺寸和能量上是长尾的，这表明临界动力学。甚至最近，间歇性塑性响应被发现是通用的微米和纳米尺寸的系统独立于他们的晶体对称性。这些相当显着的发现，在本文中进行的角度在我们的小组最近的研究。我们讨论了塑性波动的物理起源和标度特性，并讨论了它们对晶体对称性、系统尺寸和无序含量的依赖性。一个特别强调的是放在相关的紧急行为，包括位错结构的形成，并对我们的能力，通过合金化回火塑性波动。我们还讨论了“越小越狂野”的尺寸效应，最终在一个矛盾的无裂纹的脆性行为非常小，最初的位错自由晶体。我们发现，不同的流变行为之间的隐含的过渡调节的比例的长度尺度$R=L/l$，其中$L$是系统的大小和$l$是内部长度。我们将这种新的尺寸效应与其他相关现象联系起来，如强度的尺寸依赖性（“越小越强”）和不同硬化机制之间的尺寸诱导切换。纳米科学的技术挑战之一是驯服塑性流动的不稳定性。我们表明，这一任务可以通过生成定制的淬火无序，它允许一个控制微米和纳米尺度的形成，并打开了新的视角，在微观冶金和结构工程的超小承载元件。这些结果不能实现传统的方法，不明确考虑集体位错动力学的随机性。
2021-05-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Reconstructive martensitic phase transitions: intermittency, anti-trasformation, plasticity, irreversibility
本研究在非线性弹性理论框架下，通过二维晶体方-六方转变模拟，揭示重构型马氏体相变的间歇性、反相变活动、塑性及不可逆性机制，验证了其与实验观测的一致性。
2025-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Deformation of crystals: Connections with statistical physics
我们给出了一个鸟瞰图的塑性形变的晶体，旨在统计物理界，并广泛介绍了统计理论的强制刚性系统，旨在塑性社会。在磁铁，自旋玻璃，电荷密度波，和稀胶体悬浮液中的记忆效应进行了讨论，在晶体中的塑性屈服的发病。通过对重整化群和标度的简要介绍，讨论了位错雪崩和复杂位错缠结。类比紧急规模不变性断裂，堵塞，粗化，和各种脱钉过渡进行了探讨。晶体中的位错动力学对非平衡统计物理提出了挑战。统计物理学提供了非平衡系统中微妙记忆效应的警示故事，以及旨在解决多个长度和时间尺度上复杂标度不变行为的系统工具。
2016-11-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Quantized plastic deformation
本文扩展介观张量模型MTM，引入矩阵值自旋变量与离散准自动机描述量子化塑性变形，并以混合最小化算法加速，再现二维晶体位错雪崩的临界幂律统计。
2024-03-28 cond-mat.mtrl-sci nlin.AO nlin.PS
Irradiation-induced strain localization and strain burst suppression investigated by microcompression and concurrent acoustic emission experiments
微试样的塑性形变的特征是位错雪崩引起的大的间歇性应变爆发。在这里，我们调查如何离子辐照影响这一现象在单滑移单晶塑性。为此，在SEM中进行了取向为基底滑移的Zn微柱的原位压缩。独特的实验装置还允许同时记录变形过程中从样品发出的声发射（AE）信号。结果表明，辐照引入了均匀分布的基底位错环，导致硬化的样品以及应变软化，由于在较大的应变位错沟道。使用所用的变形方案，发现应变破裂尺寸由于沟道而减小。同时记录的AE事件与应变爆发和他们的分析提供了更多的信息的细节集体位错动力学。结果发现，照射后AE事件的发生率显着下降，但其他统计特性没有改变。这是由于出现了一种新型的塑性事件为主的短程位错障碍物的相互作用，不能检测到的AE传感器。
2022-06-28 cond-mat.mtrl-sci
