A cohesive granular material with tunable elasticity
通过将玻璃珠与可固化聚合物混合,我们创建了一种定义明确的粘性颗粒介质,通过固化并因此具有弹性的毛细管桥保持在一起。该材料具有类似于珠粒的湿堆积的几何形状,但是具有对将颗粒保持在一起的键的弹性的额外控制。我们表明,它的机械响应可以通过调整桥的大小和刚度,以及颗粒的大小在几个数量级上变化。我们还研究了其无侧限单轴压缩下的破坏机制结合原位x射线显微层析成像。我们表明,一个广泛的线弹性制度结束在一个极限应变约8%,无论团聚体的刚度,这对应于剪切破坏的开始。微调这种简单材料的刚度、尺寸和形状的可能性使其成为研究多孔岩石破裂、地震学或粘性多孔介质中的根生长等问题的理想模型系统。
2016-11-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Reversible plasticity in amorphous materials
我们理解材料流变学的一个基本假设是,当微观变形是可逆的时,材料对外部载荷产生弹性响应。塑性,即材料中的耗散和不可逆的宏观变化,被认为是不可逆的微观事件的结果。在这里,我们显示在微观尺度上的可逆塑性事件的直接证据,在实验和模拟的二维泡沫。在模拟中,我们证明了可逆的塑料重排事件和系统的势能景观的途径之间的联系。这些发现代表了我们对材料理解的根本性变化-微观可逆性并不一定意味着弹性。
2007-09-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Limits to Poisson's ratio in isotropic materials
一个长期存在的问题是,为什么泊松比v几乎总是超过0.2的各向同性材料,而经典弹性预测v之间的-1至1/2。我们证明了经典弹性力学的二次关系的根将v分成三个可能的范围:-1 < v <= 0,0 <= v <= 1/5和1/5 <= v < 1/2。由于弹性性质是唯一的,所以只能有一组有效的根,为了与实际材料的行为保持一致,它必须是1/5 <= v < 1/2。泊松比在这个范围之外的材料是罕见的,并且往往是非常硬的(例如,金刚石,铍)或多孔(例如,拉胀泡沫);这种物质具有比经典弹性所能描述的更复杂的行为。因此,当v < 1/5时,经典弹性力学是不适用的,并且对这种材料使用经典弹性力学的方程是不合适的。
2009-09-25 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
Sensitivity of grain-averaged elastic strain and orientation predictions on the mesh density and boundary conditions in crystal plasticity finite element simulations
The University of Alabama(阿拉巴马大学);Mines Saint-Etienne(圣艾蒂安国立高等矿业学校);The Pennsylvania State University(宾夕法尼亚州立大学)
研究探讨了在晶体塑性有限元模拟中,网格密度和边界条件对晶粒平均弹性应变和取向预测的敏感性,发现需平均250个单元/晶粒和至少三个晶粒缓冲层以确保准确预测。
2026-02-06 cond-mat.mtrl-sci
Breakdown of Nonlinear Elasticity in Amorphous Solids at Finite Temperatures
现在已经知道,非晶态固体在零温度下不具有非线性弹性理论:除了存在的剪切模量外,所有高阶系数在热力学极限内都不存在。在这里,我们表明,同样的现象持续到温度相当于玻璃化转变。由于Hessian矩阵的危险塑性模式的流行的零温度机制被异常的应力波动所取代,导致高阶弹性系数的方差的发散。结论是,在非晶态固体中,弹性永远不能与塑性分离:非线性响应基本上是塑性的。
2016-03-17 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Linking high and low temperature plasticity in bulk metallic glasses: thermal activation, extreme value statistics and kinetic freezing
在远低于其玻璃化转变的温度下,块体金属玻璃的变形性质的特征在于从弹性到塑性的急剧转变、可再现的屈服应力以及该应力随温度升高而近似线性地减小。在目前的工作中,它表明,当过冷液体制度的众所周知的属性,在潜在的势能景观方面,被假定为在低温下也是有效的,一个简单的热激活模型是能够再现所观察到的宏观产量的发病。在这些温度下,复杂的势能景观的热可及性急剧降低,极端值的统计和动力学冻结现象变得重要,影响介导弹性到塑性转变的不可逆结构转变的空间异质性。随着温度的升高和接近玻璃化转变温度,该理论能够顺利过渡到高温变形制度,其中塑性是已知的热激活粘塑性模型很好地描述。
2013-11-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Material elasticity determines scaling behaviour of cracking dynamics in porous materials: A precursor to crack percolation
本研究构建三维无序多孔材料模型,探究结合材料弹性对裂纹动力学的影响,发现临界应变与渗流应变呈幂律关系,可通过声信号监测拐点应变实现裂纹渗流预警。
2024-10-08 cond-mat.mtrl-sci physics.class-ph
On Fractional and Fractal Formulations of Gradient Linear and Nonlinear Elasticity
在本文中,我们考虑扩展的梯度弹性模型提出的第二作者描述材料的分数非局部性和分形使用的技术最近开发的第一作者。本文从积分关系出发,假设弱非局部性的幂律型,利用波矢空间中的分数阶泰勒级数,给出了三维连续梯度弹性理论的一个推广.在第二部分中,我们考虑非整数阶分数阶导数的非线性场方程来描述具有幂律长程相互作用的梯度材料的非线性弹性效应。我们阐述的特殊本构关系,可以形成发展的梯度塑性变形理论的分数扩展的基础。利用微扰方法,当微扰是由线性弹性的弱偏差或分数梯度非局部性引起时,我们得到了线性分数梯度弹性本构关系的修正。最后讨论了非整数维连续介质模型描述的分形材料。利用最近提出的非整数维空间的向量微积分,我们考虑分形梯度弹性问题。
2018-08-09 cond-mat.mtrl-sci physics.class-ph
Sensitivity of void mediated failure to geometric design features of porous metals
由于内部孔隙率、表面粗糙度和与设计几何形状的一致性的不精确控制,由当前金属增材制造工艺生产的材料容易受到可变性能的影响。使用一个双U形缺口试样,我们调查的名义几何形状和孔隙率在确定延性破坏特性在单调拉伸载荷的相互作用。我们模拟的影响,分布孔隙度的塑性和损伤使用的统计模型的基础上人口的孔隙可见的计算机断层成像扫描和额外的亚阈值空隙所需的变形和故障的实验观察相匹配。我们解释模拟结果从物理的角度来看,并提供附近的应力集中的故障概率的统计模型。我们为材料缺陷可能导致意外故障的设计提供指导,具体取决于这些缺陷相对于标称几何特征的相对重要性。
2021-04-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Constitutive modelling of open-porous neo-Hookean solids
University of Twente(特温特大学)
本研究提出一种热力学一致的可压缩新胡克本构模型,以孔隙率为控制变量,可描述开孔材料的非线性致密化等特性,经实验验证适用于高可压缩开孔材料的有限元实现与多尺度建模。
2026-08-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft math-ph
Strain Hardening of Polymer Glasses: Entanglements, Energetics, and Plasticity
模拟被用来研究聚合物玻璃中应变硬化的微观起源。虽然在很宽的温度范围内的应力-应变曲线可以拟合熵网络模型预测的函数形式,但许多其他结果与这些模型的物理图像根本不一致。应力太大而不能成为熵,并且与温度有错误的趋势。在大应变下,最引人注目的硬化反映了能量的增加,因为链在纠缠之间被拉紧,而不是熵的变化。当加热到玻璃化转变温度以上时,只有在变形样品的形状恢复过程中才观察到弱的熵应力。虽然短链不形成缠结网络,但它们表现出部分形状恢复、取向和应变硬化。所有链长的应力崩溃时,对链拉伸的微观措施,而不是宏观拉伸绘制。热对应力的贡献与通过链间键的断裂和重整测量的塑性速率成正比。这些观察结果表明,应变硬化的正确微观理论应该基于玻璃态物理学,而不是橡胶弹性。
2008-01-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Earthquake-Like Avalanches in Compression of Ductile Porous Materials
地震是一种复杂的现象,其特征在于一些基本的地震规律。然而,在无序材料的脆性断裂框架下,这些普遍的标度行为,特别是临界指数,仍然是很远的理解。在这封信中,我们研究了一种非脆性材料--韧性泡沫金属玻璃--在压缩过程中的雪崩。除了弹性和无序之外,细胞结构中的应变局部化也可以引入更复杂的非弹性效应。我们发现,不同于脆性断裂,额外的剪切带相互作用导致新的雪崩动力学,成功地再现了最基本的地震定律,包括古腾堡-里希特定律,统一的标度律的等待时间,大森定律,和生产力定律。因此,我们的研究结果表明,当地的塑性滑移,也发生在自然地震活动(如应变局部化断层泥),构成了一个必要的成分,占最基本的地震规律。
2018-07-07 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
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
Layer-dependent mechanical properties and enhanced plasticity in the van der Waals chromium trihalide magnets
磁性材料的力学性能对磁弹性理论的发展和磁应变调制器件的优化设计具有重要意义。特别是,二维(2D)磁体有望将这些概念扩展到低维物理和磁共振器件领域。然而,迄今为止还没有对三卤化铬的原型2D磁体家族的固有机械性能进行实验研究。在这里,我们报告的室温层依赖于原子薄的CrI3和CrCl3的机械性能,发现双层的CrI3和CrCl3的杨氏模量为62.1 GPa和43.4 GPa,最高持续应变为6.09%和6.49%,断裂强度分别为3.6 GPa和2.2 GPa。两种材料的弹性和强度都随着厚度的增加而降低,这归因于弱的层间相互作用,使得层间在低水平的施加载荷下滑动。在几层三卤化铬晶体中观察到的机械性能提供了这些材料具有出色塑性的证据,这在它们的大块对应物中得到了定性证明。本研究将有助于范德瓦耳斯磁性材料的各种应用,特别是在磁致伸缩和柔性器件中的应用。
2021-04-01 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
A Unified Empirical Equation for Determining the Mechanical Properties of Porous NiTi Alloy: From Nanoporosity to Microporosity
本文以多孔晶体 NiTi 为对象,提出统一经验方程,描述从纳米到数百微米孔隙尺度下力学性能对孔隙率和平均孔径的依赖。
2023-12-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High-pressure, temperature elasticity of Fe- and Al-bearing MgSiO3: implications for the Earth's lower mantle
Fe和Al是除Mg、Si和O之外最重要的两种成岩元素。它们存在于下地幔最丰富的矿物MgSiO_3桥镁石、MgSiO_3后钙钛矿和MgO方镁石中,改变了它们的弹性性质。然而,关于含铁和铝的MgSiO_3桥晶石和后钙钛矿的热弹性的知识很少。在这项研究中,我们进行从头算分子动力学计算的弹性和地震性质的纯,Fe^{3+}-和Fe^{2+}-,和Al^{3+}轴承MgSiO_3钙钛矿和后钙钛矿,在广泛的压力,温度和Fe/Al组成。我们的研究结果表明,类似地幔岩的矿物组合符合一维地震学模型,至少在核幔边界上方几百公里处,即D“区域的顶部。在D“中,类似的组成仍然非常适合于平均速度,并且相当接近于密度。我们还利用地球动力学模型实现了多晶塑性,以预测由此产生的地震各向异性,并发现在所有成分中具有主导(001)滑移的后钙钛矿与D“中的地震观测结果最一致。
2015-07-17 astro-ph.EP cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Identification of the length scale parameter of simplified strain gradient elasticity from standard Mode I fracture tests
Institute of Applied Mechanics of Russian Academy of Sciences(俄罗斯科学院应用力学研究所);Moscow Aviation Institute(莫斯科航空学院)
本研究通过数值模拟推导回归关系,利用标准I型断裂试验数据识别简化应变梯度弹性的长度尺度参数,给出脆性材料显式公式并验证准脆性材料的尺寸效应捕捉能力。
2026-08-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Laser-Excited Elastic Guided Waves Reveal the Complex Mechanics of Nanoporous Silicon
硅中的纳米孔隙率导致这种主流半导体的全新功能。然而,难以评估的力学显著限制了其在从纳米流体和生物传感器到药物递送、能量存储和光子学等领域的应用。在这里,我们提出了一个研究激光激发的弹性导波检测无接触和非破坏性的干和液体注入单晶硅多孔硅。这些实验表明,每平方厘米截面1000亿个平行纳米孔的自组织形成导致垂直于孔轴的几乎各向同性的弹性和80%的有效刚度降低,从而总体上导致与在体硅中观察到的立方各向异性的显著偏差。我们对纳米多孔硅的晶圆级力学的全面评估为在强大的片上器件中的预测应用提供了基础,并证明了激光超声学的最新突破为干燥和液体功能化多孔材料的原位非破坏性机械表征开辟了全新的前沿。
2021-04-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Analysis of the embedded cell method for the numerical homogenization of metal-ceramic composite materials
Universität Stuttgart(斯图加特大学)
本文分析了嵌入单元法在金属陶瓷复合材料数值均质化中的收敛性及材料属性一致性,探讨了一维线弹性模型、一维简单塑性模型及二维线性各向同性材料的均质化特性。
2016-09-24 cond-mat.mtrl-sci cs.NA math.AP