Cohesive zone modelling of hydrogen assisted fatigue crack growth: the role of trapping
研究了氢辅助疲劳裂纹扩展过程中微观结构陷阱的影响。为此，一个新的配方相结合的多陷阱应力辅助扩散，基于机制的应变梯度塑性和氢和疲劳相关的凝聚区模型，并进行了数值实现。结果表明，加载频率与有效扩散系数的比值控制疲劳裂纹扩展行为。增加不参与断裂过程的\emph{beneficial}陷阱的密度，导致较低的疲劳裂纹扩展速率。加载频率和碳化物陷阱密度的组合，最大限度地减少脆化敏感性被确定，耐氢合金的合理设计提供了基础。
2022-04-14 cond-mat.mtrl-sci cs.CE physics.app-ph
An FFT-based crystal plasticity phase-field model for micromechanical fatigue cracking based on the stored energy density
提出基于FFT的相场断裂框架，通过储能与位错密度定义损伤驱动力，模拟微观尺度疲劳裂纹萌生与扩展，预测裂纹路径、扩展速率及微观结构敏感性。
2023-04-03 cond-mat.mtrl-sci cs.CE physics.app-ph
Quantitative assessment of the microstructural factors controlling the fatigue crack initiation mechanisms in AZ31 Mg alloy
利用滑移线分析和次级电子显微镜研究了织构AZ 31 B-O镁合金在两种不同循环应变半幅下的全反向循环变形过程中的变形和疲劳裂纹形核机制。由于不同的变形机制的激活，样品在两个方向上变形，导致对称和非对称的循环应力-应变曲线。它们被确定在纵向截面的标本，其中包括大量的颗粒（从1500至4500为每个标本），以获得统计学上显着的结果。如果占主导地位的变形机制是基底滑移和拉伸孪晶/脱孪晶，最具破坏性的疲劳裂纹沿大晶粒中的孪晶成核，连同平行于基底滑移带的裂纹，该基底滑移带与适合于基底滑移取向的小晶粒簇中的变形局部化相关。当变形机制为拉伸孪晶/退孪晶和锥体滑移时，最长的疲劳裂纹沿大晶粒中的锥体滑移带形核。在所有情况下都发现小晶粒周围的晶界裂纹，但从疲劳失效的角度来看，它们并不重要。该信息与评估微观结构特征对镁合金疲劳寿命的影响有关，并作为输入，使用疲劳指标参数模拟镁合金的疲劳行为。
2022-08-11 cond-mat.mtrl-sci
A coupled phase field formulation for modelling fatigue cracking in lithium-ion battery electrode particles
电极颗粒开裂是导致电池容量下降的主要现象之一。最近的相场断裂研究调查了颗粒开裂行为。然而，只考虑了寿命的开始，而忽略了损伤累积等影响。在这里，一个多物理场相场疲劳模型已被开发，以研究裂纹扩展的电池电极颗粒经历数百个周期。此外，我们耦合我们的电化学机械配方与X射线CT成像模拟疲劳裂纹的现实颗粒微观结构。使用这个建模框架，非线性裂纹扩展行为的预测，导致观察到的裂纹面积与周期数的指数增加。观察到三个阶段的裂纹扩展（缓慢，加速和不稳定），与现象，如裂纹初始化凹区和裂纹聚结产生的疲劳裂纹扩展速率有显着的贡献。确定了C率、颗粒尺寸和初始裂纹长度的临界值，发现其低于文献中使用静态断裂模型所报道的临界值。因此，这项工作证明了在电池退化模型中考虑疲劳损伤的重要性，并提供了控制疲劳裂纹扩展以减轻电池容量退化的见解。
2022-06-25 cond-mat.mtrl-sci cs.CE physics.app-ph
Correlation regimes in fluctuations of fatigue crack growth
本文研究了多晶材料疲劳裂纹扩展波动的相关特性，如韧性合金，这是常见的结构和机械部件的复杂机电系统。裂纹损伤测度模型表明，疲劳裂纹扩展的波动在短时间尺度内具有强相关性，在较大时间尺度上不相关。这两个相关制度表明，7075-T6铝合金，在本文中分析，其特征在于由一个微观结构，这是负责在一定范围内的疲劳裂纹扩展的间歇相关动力学。损伤测度的本构方程建立在断裂力学的物理基础上，并通过疲劳试验数据的Karhunen-Loève分解得到证实。统计正交性的估计损伤的措施和由此产生的估计误差证明在希尔伯特空间设置。
2005-04-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Striation lines in intermittent fatigue crack growth in an Al alloy
该研究通过结合宏观裂纹尖端追踪与断口表面条纹分析，发现铝合金疲劳裂纹扩展呈雪崩式间歇性，条纹间距分布与跳跃尺寸相似，但平均间距与扩展速率不相关，表明断裂表面可用于研究间歇性并指导抗裂纹材料开发。
2023-05-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
In situ high-cycle fatigue reveals the importance of grain boundary structure in nanocrystalline Cu-Zr
纳米晶体金属通常具有高的疲劳强度，但对裂纹扩展的抵抗力低。非晶晶界膜是无序的晶界络合物，其已被证明在单调加载期间通过扩散晶界应变集中来延迟裂纹成核和减缓裂纹扩展，这表明它们也可能有益于疲劳性能。为了探讨这一假设，在原位透射电子显微镜疲劳循环进行Cu-1原子%。Zr薄膜经热处理后，要么只具有有序的晶界，要么含有非晶的晶间膜。只有有序晶界的样品经历了晶粒粗化裂纹萌生，然后由不稳定的裂纹扩展和广泛的nanocracking，而含有非晶间膜的样品没有晶粒粗化裂纹萌生，然后由稳定的裂纹扩展和分布的塑性活动。通过简单的热处理控制这些行为的微结构设计可以允许纳米晶金属疲劳韧性的改善。
2018-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Evaluation of fatigue crack initiation using accumulated entropy
用累积熵评价了304不锈钢平板缺口试样的裂纹萌生。两个缺口半径已被研究，以捕捉裂纹萌生的热图和测量累积的热耗散。在R比为-1的拉-推载荷作用下，裂纹萌生和扩展的累积熵达到一定值后，断裂疲劳熵几乎保持不变。考虑了失稳变形的耗散，讨论了基于Kelvin-Voigt型单元的数学模型。滞弹性变形的影响已被研究在试验开始时的温度演变。
2022-08-26 cond-mat.mtrl-sci
Crack propagation by activated avalanches during creep and fatigue from elastic interface theory
本文通过弹性界面理论研究了蠕变和疲劳过程中由激活雪崩驱动的裂纹扩展，提出依赖时间和协议的长度尺度来解释疲劳裂纹在应力松弛更大时生长更快的悖论。
2025-03-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Crystallographic evaluation of low cycle fatigue crack growth in a polycrystalline Ni based superalloy
本文探讨了Haynes 282光滑杆件低周疲劳裂纹扩展的微观机制。采用裂纹尖端张开角（CTOA）和最大切向应力（θMTS）两种参数化方法对裂纹进行了表征。CTOA的变化，随着裂纹的传播，表现出一个非线性衰减，然后由一个稳定的制度。局部KI和KII场的混合度与θMTS成正比，可通过测量局部偏转来评估。在裂纹周围，通过EBSD和滑移传递分析，讨论了晶粒不相容性的作用。对于有利于亚表面裂纹扩展的晶粒，弹性模量（EM）和施密德因子（SF）存在临界界限，并且这些值存在超过极限阈值。SF-EM图标记了材料中裂纹和未裂纹晶粒的区域。在疲劳裂纹扩展过程中，还发现了组织中有利的孪晶基体不相容性，在裂纹区有大量的（211）面孪晶。基于Luster-Morris参数（LMP）的滑移传递分析已经进行了详细的滑移活动，弹塑性不相容性，和晶界几何形状之间的相互关系的调查。
2021-08-19 cond-mat.mtrl-sci
The role of slip transfer at grain boundaries in the propagation of microstructurally short fatigue cracks in Ni-based superalloys
利用同步辐射辅助衍射和相衬层析技术研究了一种多晶镍基高温合金在高周疲劳条件下的裂纹萌生和扩展过程。裂纹沿最长的相干孪晶界成核预先存在于试样表面上，这是很好地定向滑移，并提出了一个大的弹性不相容性跨越它们。此外，微观结构短裂纹的传播被发现是由预先存在的晶界上的容易的滑移传递路径。这些信息只能通过表征技术获得，如这里介绍的那些，提供了完整的3D显微结构信息。
2018-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Influence of grain size and grain boundary misorientation on the fatigue crack initiation mechanisms of textured AZ31 Mg alloy
研究了织构AZ 31 B-O镁合金沿轧制方向进行完全反向应变控制循环变形50次（约为疲劳寿命的33%）后的变形和裂纹萌生机制。在2100个晶粒中，有538个晶粒出现明显的变形带，对应于锥体滑移或拉伸孪晶。滑移痕迹分析表明，72.3%为锥体滑移带，18.4%为孪晶界。在9.1%的变形带晶粒中，同时存在锥滑移和孪晶。50次循环后，裂纹普遍存在。在约15%的小晶粒（< 20 $μ$ m）中发现晶界裂纹，并且它们主要与高角度晶界（>40度）相关联。在大晶粒（>45 $μ$ m）中，平行于锥体滑移带或孪晶界的穿晶裂纹也会产生裂纹。这些大晶粒中的大多数（>60%）在50次循环后呈现穿晶裂纹。
2021-09-17 cond-mat.mtrl-sci
Phase field cohesive zone modeling for fatigue crack propagation in quasi-brittle materials
本文扩展相场内聚区方法以模拟准脆性材料（如混凝土）的疲劳裂纹扩展，通过多种疲劳行为和二维/三维边值问题验证，证明其能准确捕捉疲劳裂纹扩展，并给出改进预测能力的建议。
2024-02-04 cond-mat.mtrl-sci cs.CE physics.app-ph
Effect of grain disorientation on early fatigue crack propagation in face-centred-cubic polycristals: A three-dimensional dislocation dynamics investigation
采用三维位错动力学模拟方法研究了高周疲劳条件下面心立方双晶中微裂纹与第一微观结构势垒的相互作用。在检查配置，我们假设微裂纹传输发生由于表面浮雕生长在二次晶粒提前的主裂纹。这种间接的传输机制被证明强烈依赖于晶粒-1/晶粒-2取向不良。例如，小晶粒取向不良诱导塑性应变局部化提前的裂纹和更快的传输通过第一个障碍。相反，大晶粒-1/晶粒-2的取向障碍诱导塑性应变扩展类似于裂纹尖端钝化产生较慢的间接传输。一个半解析微观模型的基础上，目前的模拟结果和补充的实验观察，突出了原来的概念，第一屏障遵守。该模型捕捉众所周知的实验趋势，包括影响：晶粒尺寸，晶粒取向不良和微裂纹阻滞在第一个障碍。
2013-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Phase-Field Models for Fatigue Crack Growth
我们介绍了一类模型的基础上，近裂纹尖端退化的材料，可以占循环载荷下的断裂增长低于格里菲斯阈值。我们将逐渐退化，由于循环载荷通过一个流量方程，减少空间变化的参数控制的断裂韧性在裂纹尖端附近，与相和位移场放松到能量最小值，在每个时间步。虽然我们的方法是唯象的，它自然地再现了具有高指数的Paris定律，这是脆性疲劳裂纹扩展的特征。我们发现，当相场动力学的金斯堡-朗道型的弛豫时间相当于循环加载期间，或当退化发生在一个规模大于过程区的指数下降。除了再现巴黎定律，我们的方法可以用来模拟多个裂纹在任意复杂的几何形状在不同的负载条件下的增长所示的一些数值例子在二维和三维。
2018-12-28 cond-mat.mtrl-sci
Computational predictions of hydrogen-assisted fatigue crack growth
本研究提出一种结合相场断裂疲劳描述、应力辅助氢扩散与韧性退化公式的氢辅助疲劳预测模型，无需氢疲劳数据校准即可实现多场景下的精准预测，还可确定试验参数与预充氢影响，支撑氢环境基础设施的虚拟测试。
2024-05-18 cond-mat.mtrl-sci cs.CE physics.app-ph
A Phase-Field Approach to Fracture and Fatigue Analysis: Bridging Theory and Simulation
本文提出一种结合线弹性断裂力学与相场断裂的疲劳裂纹扩展框架，通过单次模拟和柔度导数评估集成Paris定律，在复杂几何中准确预测裂纹路径与疲劳寿命。
2025-09-10 cond-mat.mtrl-sci cs.NA math.NA
Effect of local anisotropy on fatigue crack initiation in a coarse grained nickel-base superalloy
在目前的工作中，理论方法，基于晶粒取向相关的杨氏模量和施密德因子被用来描述局部晶粒取向的影响裂纹萌生行为的粗晶镍基高温合金René 80。特别是对于具有大晶粒尺寸的强各向异性晶体结构，例如所研究的材料，必须考虑局部弹性性质以评估疲劳裂纹萌生。通过对施密德定律的推广，可以根据局部杨氏模量和施密德因子计算引发局部循环塑性形变的剪应力幅值。用100，000个样本进行的蒙特卡罗模拟显示了随机晶粒取向如何影响这些参数。此外，杨氏模量和施密德因子（称为$E\cdot m$）的产品被用作一个参数，以确定如何晶粒取向影响所得的剪切应力振幅为给定的总应变振幅。除了使用这种方法的理论工作，该模型也验证了使用等温LCF实验，通过确定局部晶粒取向的影响，裂纹萌生位点，使用SEM-EBSD分析。
2018-06-06 cond-mat.mtrl-sci
Corrosion fatigue crack initiation in ultrafine-grained near-a titanium alloy PT7M prepared by Rotary Swaging
本研究针对核工程用超细晶近α钛合金PT7M的腐蚀疲劳问题，发现旋转锻造制备的超细晶结构可提升其腐蚀疲劳抗力，揭示了退火温度与疲劳曲线斜率的非单调关系及微观机制，并观测到疲劳裂纹闭合效应。
2024-01-31 cond-mat.mtrl-sci
Multiaxial Fatigue Behaviour of A356-T6
对A356-T6铝合金进行了拉伸、扭转及复合载荷的全循环加载试验。结果表明，疲劳极限取决于最大主应力。断口分析表明，长剪切模式III传播与多个起始点下扭转。在其他载荷下，断裂表面显示出独特的初始位置与缺陷和I型裂纹扩展一致。使用复型技术，它已被证明，初始寿命是可以忽略的疲劳寿命接近1 E6周期的组合加载。自然裂纹扩展速率也被证明与类似材料中的长裂纹相当。
2014-06-04 cond-mat.mtrl-sci
Identifying fatigue crack initiation through analytical calculation of temporal compliance calibrated with Computed Tomography
本研究提出一种基于 Computed Tomography 校准的解析方法，通过计算材料柔度演变来评估 AlSi10Mg 和 SS316L 的疲劳裂纹萌生寿命，预测结果与 CT 成像最大差异仅 4.8%。
2024-07-18 cond-mat.mtrl-sci
Annotated digital image correlation displacement fields from fatigue crack growth experiments
Institute for Frontier Materials on Earth and in Space, German Aerospace Center (DLR)（德国航空航天中心地球与太空前沿材料研究所）
本研究提供了一个包含8,794个位移场的数据集，用于数据驱动的断裂力学研究，通过全场数字图像相关技术获取，并附带标注和元数据支持机器学习应用。
2026-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Damage accumulation during high temperature fatigue of Ti/SiC$_f$ metal matrix composites under different stress amplitudes
采用同步加速器X射线计算机断层成像（CT）和X射线衍射（XRD）技术，原位研究了不同应力幅下高强度TC 17钛合金/单向SiC纤维复合材料（纤维直径= 100 $μ$ m）在高温（350 °C）疲劳循环下的损伤机制和载荷重分布。通过CT绘制了裂纹和纤维断裂的三维形态。在稳定生长期间，基体开裂占主导地位，当绕过桥接纤维时，裂纹偏转（高度为50-100 $μ$ m）。少量的桥接纤维断裂接近基体裂纹平面，特别是在相对较高的应力幅循环。加载到峰值应力导致裂纹快速增长，伴随着纤维断裂的爆发。与稳定增长阶段相比，在快速增长阶段，许多纤维断裂发生在距基体裂纹面50-300 $μ$ m处，导致断裂表面上的广泛纤维拔出。在纤维负载，界面应力，和在裂纹附近的纤维-基体脱粘的程度的变化已映射为疲劳循环和快速增长后的高空间分辨率XRD。纤维/基体界面滑动延伸至裂纹平面两侧的600 $μ$ m（在稳定增长区）或700 $μ$ m（在快速增长区）。界面剪切应力的方向与加载周期，与最大摩擦滑动应力达到~55 MPa的稳定增长和快速增长的制度。
2021-02-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Fatigue in disordered media
我们得到的巴黎法律的疲劳裂纹扩展在无序的固体使用熔丝网络模型，在每个电阻器中的累积损伤随时间的增加作为局部电流振幅的幂律。当电阻器达到其疲劳阈值时，它会不可逆地燃烧。随着时间的推移，这会促使裂缝生长，直到系统断裂成两部分。我们研究了无序影响下裂纹扩展速率的宏观指数--进入唯象Paris定律--与微观损伤累积指数$γ$之间的关系。通过$γ$，还研究了扩展裂纹的跳跃方式，$Δa$和连续断裂之间的等待时间$Δt$取决于材料的类型。我们发现，这些量的平均值，$<Δa>$和$<Δt>/<t_r>$，规模作为幂律的裂纹长度$a$，$<Δa> \propto a^α$和$<Δt>/<t_r> \propto a^{-β}$，其中$<t_r>$是平均断裂时间。引人注目的是，我们的研究结果表明，对于小的值的$γ$，在巴黎定律的指数相比，均匀的情况下，减少，导致在断裂材料的寿命增加。对于$γ=0$的特殊情况，当疲劳完全由无序支配时，分析处理证实了通过模拟获得的结果。
2012-07-12 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Cyclic plasticity and fatigue damage of CrMnFeCoNi high entropy alloy fabricated by laser powder-bed fusion
CrMnFeCoNi高熵合金是高度可打印的，并且具有巨大的结构应用潜力。然而，在以往的研究中，没有显着的讨论循环塑性和疲劳损伤。本研究提供了重要的见解打印过程之间的联系，凝固组织，循环塑性和疲劳损伤演变的合金制造的激光粉末床融合。基于热力学的预测（通过扫描透射电子显微镜（STEM）能量色散X射线光谱（EDX）验证）表明，在所有考虑的打印参数中，Cr、Co和Fe分配到凝固单元的核心，而Mn和Ni分配到单元边界。位错滑移和形变孪晶都是导致塑性形变的主要原因。然而，前者被认为是循环塑性的单一主导机制。表面光洁度有助于显著延迟裂纹萌生，并导致未熔合孔隙成为裂纹萌生的主要来源。最重要的是，扫描策略显著影响晶粒排列和晶粒尺寸，导致对疲劳裂纹扩展的显著影响;特别是，在具有0°旋转的曲折扫描策略中观察到最高的裂纹扩展阻力，这归因于大多数柱状晶粒和沿着裂纹扩展路径的最小晶界间距。
2020-07-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Two-dimensional finite element simulation of fracture and fatigue behaviours of alumina microstructures for hip prosthesis
本文描述了一种纯氧化铝微结构（如髋关节假体中发现的微结构）的断裂和疲劳行为的二维（2D）有限元模拟。有限元模型的开发使用实际的Al2O3的微观结构和双线性内聚区法。模拟条件类似于在股骨头和髋关节假体的髋臼杯之间的干接触中的滑动区处发现的那些条件。施加接触应力以在模型中产生裂纹。所施加的应力的大小高于微观尺度下发现的应力。微观结构和接触应力的影响进行了研究裂纹的形成。此外，疲劳行为的微观结构是通过在循环载荷条件下进行模拟。结果表明，在显微结构中观察到的裂纹密度随所施加的接触应力的增加而增加。此外，在给定的接触应力范围内，裂纹密度相对于疲劳循环次数线性增加。同时，随着接触应力的增加，失效循环次数逐渐减少。最后，提出的有限元模拟提供了一种有效的方法来识别断裂和疲劳行为的微观结构提供的微观结构图像是可用的。
2012-04-02 cond-mat.mtrl-sci physics.med-ph
A phase field model for hydrogen-assisted fatigue
我们提出了一个新的理论和数值相场为基础的配方预测氢辅助疲劳。耦合变形-扩散-损伤模型能够预测任意加载模式和试样几何形状的疲劳裂纹形核和扩展。氢在增加疲劳裂纹扩展速率和减少失效循环次数中的作用进行了研究。我们的数值实验，使映射的三个加载频率制度，自然恢复巴黎法律行为的各种氢浓度。此外，得到了缺口和光滑试样的虚S-N曲线，与实验结果吻合较好。
2021-08-30 cond-mat.mtrl-sci cs.CE physics.chem-ph
A novel framework to model the fatigue behavior of brittle materials based on a variational phase-field approach
提出了一种新的基于相场断裂方法的脆性材料疲劳行为变分模型。对标准正则化自由能泛函进行了修正，引入了一个疲劳退化函数，当适当的历史变量累积时，该函数有效地降低了断裂韧性。这种宏观方法允许再现脆性材料中疲劳裂纹扩展的主要已知特征。数值实验表明，Wöhler曲线、裂纹扩展速率曲线和Paris定律都能自然恢复，而Palmante-Miner准则和单调加载条件作为特例得到。
2018-11-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
The Origins of Asteroidal Rock Disaggregation: Interplay of Thermal Fatigue and Microstructure
无气天体上风化层的粒度和化学成分分布为研究太阳系的演化提供了线索。最近，日本宇宙航空研究开发机构隼鸟号航天器访问的小行星（25143）丝川的风化层被观测到含有毫米至厘米大小的颗粒。Itokawa巨石通常显示出圆形轮廓和表面纹理，似乎与陨石撞击过程中的机械破碎不一致;圆形轮廓被假设为地震震动造成的表面滚动和移动。我们提供了一个可能的解释，这些意见，通过探索在热疲劳过程中的球粒陨石的主裂纹扩展机制。我们提出了在原位演化的全场应变的表面上的温度和微观结构的函数，并观察和量化在热循环过程中的裂纹扩展。我们观察到，主疲劳裂纹路径优先遵循单矿物之间的界面，使它们完整的破碎后。这些观察结果解释通过一个基于微观结构的有限元模型，定量与我们的实验结果进行比较。这些结果的相互作用的热疲劳裂纹的微观结构可能最终使我们能够区分热致碎片和冲击产品。
2017-01-12 astro-ph.EP cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Analysis of Fracture and Fatigue using Lagrangian Mechanics
许多人都知道理论的弹性断裂起源于机管局格里菲斯，虽然格里菲斯使用的定理最低势能大多数人似乎不知道更广泛的影响，这一定理。如果它是在它的经典力学根内设置的，很明显它是拉格朗日量的限制形式。在断裂的高级文本中，裂纹被视为动态实体，应力波的作用被清楚地阐明。然而，在大多数关于断裂和疲劳的非高级文本中，应力波的作用要么不包括，要么不强调，往往导致对断裂基本原理的误解。本文将Griffiths方法扩展到稳态作用的概念中，并引入一个准静态应力波卸载模型，将能量释放机制与应力场联系起来。这导致了一个动态应力强度因子的定义，然后将该模型应用于完全弹性和弹塑性材料的疲劳，包括裂纹尖端塑性。对Griffiths裂纹和动态情况的结果进行了回溯，以确定所用方法的有效性。扩展到疲劳给出了重要的新结果，这表明对于弹塑性材料，循环中最大应力作为屈服应力的一部分的影响，称为屈服应力比，尚未被认识到。新形式的疲劳裂纹扩展关系的推导回答了许多长期存在的问题，巴黎定律。
2017-10-04 cond-mat.mtrl-sci physics.class-ph
A comment on "Discussion on the use of the strain energy release rate for fatigue delamination characterization"
在最近一项非常有趣和具有启发性的提案中，Yao等人（2014）讨论了使用应变能释放率（SERR）作为表征复合材料疲劳分层增长的参数。他们认为，由于纤维桥接，疲劳分层数据受到R曲线行为的强烈影响，并认为更好的方法是将裂纹前进与试验机中测量的每循环总功相关联。这似乎比在经典的线性弹性断裂力学框架中将柔度估计为来自用于SERR的修改的柔度校准ASTM标准方程的实验曲线的线性拟合更有效。然而，我们表明，如果我们假设确实是线性行为（即LEFM），他们介绍的方法是完全等效的SERR之一，即巴黎类型的法律。正如Barenblatt和Botanical所知，疲劳裂纹扩展是一种弱形式的标度，只有当裂纹比任何其他特征尺寸长得多时，它才会给出Paris经典依赖性。巴黎定律不是物理学的基本定律，也不是像格里菲斯那样的能量平衡方程，而且巴赞特已经在混凝土中发现了由于内聚区引起的强烈尺寸效应。该建议是非常简单的，有趣的，因为它似乎表明，一个适当的缩放与凝聚力模型在裂纹尖端可以预测，虽然这似乎没有尝试在文献中。本建议的主要缺点是它不是预测性的，而是纯观察性的，因为它需要在疲劳过程期间实际测量功输入。
2020-12-07 cond-mat.mtrl-sci
Phase-field modeling of fatigue coupled to cyclic plasticity in an energetic formulation
本文提出了一个模型框架来描述脆性和韧性材料的循环破坏的驱动机制，包括循环塑性和疲劳裂纹扩展。一个变分模型设计使用率无关系统的能量制剂，耦合相场描述疲劳断裂的循环塑性模型，包括多表面运动硬化，梯度增强各向同性硬化/软化和棘轮效应。耦合模型嵌入了两个不同的疲劳效应。第一个捕获的低周疲劳的特征，驱动的塑性应变的积累，而第二个帐户的高周疲劳，驱动的自由能积累。这些机制之间的相互作用允许在力加载和位移加载下描述大范围的循环响应，如几个数值模拟所示。此外，相场断裂的方法占疲劳诱导裂纹的萌生和扩展。
2020-10-21 cond-mat.mtrl-sci cs.NA math.NA
A simplified modelling of hydraulic fractures in elasto-plastic materials
本文分析了平面应变水力压裂裂缝在弹塑性材料中的扩展问题。一个新的应力重分布模型的附近的断裂尖端制定和由此产生的塑性相关的裂纹扩展条件的介绍。提出了一个修正的变型KGD问题，占塑性形变在近端区。结果表明，在中等塑性形变的情况下，该模型可以可靠地替代完全弹塑性水力劈裂问题。量化了由塑性形变引入的裂纹尖端屏蔽效应。
2021-12-16 cond-mat.mtrl-sci
Overview of phase-field models for fatigue fracture in a unified framework
本文在统一变分框架下综述了现有相场疲劳断裂模型，将其按疲劳实现方式分为断裂韧性退化和裂纹驱动力附加项两类，并比较各模型特征，为模型选择与改进提供指导。
2023-05-30 cond-mat.mtrl-sci
Micromechanical fatigue experiments for validation of microstructure-sensitive fatigue simulation models
裂纹萌生控制高周疲劳寿命，并对微观结构细节敏感。虽然相应的微观结构敏感的模型是可用的，他们的验证是困难的。我们提出了一个验证框架，其中的疲劳测试是模仿在一个子建模模拟嵌入到试样的几何形状和采用实验边界条件的测量的微观结构。示例性地，将现象学晶体塑性模型应用于预测铁素体钢中的变形（EN 1.4003）。在常用的疲劳指标参数图的热点进行比较，从显微照片分割的损伤。随着数据的发布，框架基准未来的微机械疲劳模型。
2021-12-08 cond-mat.mtrl-sci cs.NA math.NA
Crystal plasticity simulation of the effect of grain size on the fatigue behavior of polycrystalline Inconel 718
基于微观结构的模型，考虑晶粒尺寸的影响，已被开发用于研究晶粒尺寸对Inconel 718合金疲劳寿命的影响。通过在400 $^\circ$ C温度下进行完全反向变形（$R_\varepsilon$ = -1）的单轴循环变形试验，测定了两种不同晶粒尺寸合金的低周疲劳行为。该模型的基础上确定的疲劳指标参数（基于局部晶体应变能耗散每个周期）通过计算均匀化的一个代表性的体积元素的微观结构。单晶内的多晶的机械响应进行建模，通过一个现象学晶体塑性模型，该模型被修改，以考虑晶粒尺寸的单调和循环硬化/软化机制的影响。通过细晶材料的实验测试，标定了基于微观结构的裂纹萌生模型参数。疲劳模拟的结果与实验结果在循环应力-应变曲线和疲劳裂纹萌生的循环次数方面吻合得很好。该模型没有显示出任何晶粒尺寸对疲劳寿命的最大循环应变范围的影响，而预测的疲劳寿命预测是相当长的情况下，细晶粒尺寸的微观结构的最低应变范围，在定量协议与实验数据。这些差异是由于在大循环应变范围内的均匀塑性形变和在低循环应变范围内的几个晶粒中的局部塑性之间的变形模式的变化。
2018-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Mode I crack tip fields: strain gradient plasticity theory versus J2 flow theory
研究了具有应变梯度塑性的固体Ⅰ型裂纹尖端的渐近响应。结果表明，裂纹尖端的弹性应变占主导地位的塑性应变，因此，柯西应力和应变状态的渐近给出的弹性K-场。裂纹尖端的弹性区是嵌入在一个环形的弹塑性区。裂纹尖端的渐近分析和有限元计算预测这一特点。当小规模屈服适用时，存在三种不同的区域：外部弹性K场、中间弹塑性场和内部弹性K场。内弹性核显著影响裂纹张开轮廓。当梯度理论的材料长度尺度$\ell$在塑性区尺寸估计的量级上时，裂纹尖端塑性被抑制，如由远程应力强度因子所指示的。本文提出了应变梯度塑性的广义J积分，并用它来描述短裂纹前的渐近响应。裂纹三点弯曲试样的有限元分析表明，裂纹尖端弹性区持续存在的体积塑性和外部J场。
2019-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Analysis of contributions of plastic deformation and intergranular corrosion to corrosion-fatigue failure of Al-Mg alloys
Lobachevsky University（罗巴切夫斯基大学）
本文研究了Al-Mg合金在腐蚀疲劳失效中的主要影响因素，揭示了低应力下孔蚀和晶间腐蚀以及高应力下塑性变形的作用。
2026-01-12 cond-mat.mtrl-sci
An efficient phase-field model for fatigue fracture in ductile materials
韧性材料的疲劳断裂。G.金属，是由循环塑性。特别是对于大量的载荷循环，解析全载荷路径的塑性材料模型在计算上要求非常高。在此，提出了一种具有特别小的计算工作量的模型。它提供了一个宏观的，唯象的描述疲劳断裂相场法脆性断裂与经典的耐久性概念相结合。局部寿命变量的获得，逐步降低断裂阻力。通过从循环材料特性推导应力-应变路径，每个载荷循环最多只需要一个增量。该模型可以描述疲劳裂纹萌生，扩展和残余断裂，并可以重现巴黎的行为。
2019-10-23 cond-mat.mtrl-sci
In situ elucidation of mechanisms governing crack transition to plasticity arrest
National Physical Laboratory（英国国家物理实验室）；Department of Materials, Royal School of Mines, Imperial College London（帝国理工学院皇家矿业学院材料系）；Department of Mechanical Engineering, Imperial College London（帝国理工学院机械工程系）
研究通过原位实验揭示冷加工AA-5052合金裂纹在低驱动力下混合模式传播，并在裂纹尖端过程区扩展时转变为塑性主导裂纹，通过能量分区和过程区扩展实现阻滞。
2026-02-18 cond-mat.mtrl-sci
Crack propagation as a free boundary problem
一个新发展的锐界面模型描述裂纹扩展的相变过程。我们解决这个自由边界问题的数值，并获得稳定状态的解决方案与自洽选择的传播速度和形状的裂纹，弹性动力学效应考虑在内。此外，我们发现一个饱和的稳态裂纹速度低于瑞利速度，尖端钝化与增加驱动力和尖端分裂不稳定性高于临界驱动力。
2006-07-10 cond-mat.mtrl-sci
Evaluating fracture energy predictions using phase-field and gradient-enhanced damage models for elastomers
本研究比较相场法与梯度增强损伤模型在弹性体断裂中的能量释放率预测，发现相场法需人工粘性且结果非单调，而新提出的拉伸基GED模型可将能量释放率作为输出，便于率相关响应研究。
2024-08-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Phase Field Modeling of Fast Crack Propagation
我们提出了一个连续介质理论，预测稳态裂纹扩展。该理论克服了通常的有限时间尖点奇异性的Grinfeld不稳定性的弹性动力学效应，恢复选择的稳定状态的尖端半径和速度的列入问题。我们发展了一个弹性诱导相变的相场模型，在新相的弹性系数很小或为零的限制下，可以研究断裂。模拟证实了快速裂纹扩展的分析预测。
2005-08-23 cond-mat.mtrl-sci
Molecular Dynamics Simulation of the Interaction between Cracks in Single-Crystal Aluminum
采用分子动力学方法和改进的嵌入原子方法，在原子尺度上研究了单晶铝中裂纹间的相互作用及其扩展。结果表明，裂纹在铝合金中的扩展是一个复杂的过程，伴随着微裂纹的扩展、合并、应力遮挡、位错发射和晶体结构的相变。疲劳裂纹前端的主要变形机制是孔洞、滑移带和交叉滑移带。在裂纹扩展过程中，裂纹之间存在相互作用。这种相互作用抑制了裂纹尖端的相变，也影响了裂纹扩展的方向和速度。两裂纹间的相互作用强度随裂纹间距的增大而减小，随裂纹尺寸的增大而增大。此外，虽然这种相互作用对材料的弹性模量没有影响，但会影响其强度极限。
2021-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Fatigue behaviors and atomic-scale mechanisms in nanocrystalline gold thin film
本研究通过实验揭示了纳米晶金薄膜在循环弯曲下的疲劳损伤转变机制，并发现钛中间层可抑制应变局部化、提升疲劳性能，为柔性显示设计提供指导。
2023-11-13 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
A Griffith description of fracture for non-monotonic loading with application to fatigue
本文推广Griffith能量准则至非单调加载，将临界能量释放率视为随加载历史衰减的材料函数，统一描述单调与循环加载下大裂纹扩展，并验证于陶瓷、砂浆和PMMA的疲劳实验。
2024-04-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
A versatile numerical approach for calculating the fracture toughness and R-curves of cellular materials
我们开发了一种计算脆性和弹塑性晶格材料的I型R曲线的数值方法，并揭示了晶格拓扑结构，相对密度和组成材料行为对二维各向同性晶格的增韧响应的影响。该方法是基于对单边缺口弯曲（SENB）试样的J积分的有限元计算，单个杆件建模为具有线弹性或幂律弹塑性本构行为和基于最大应变的损伤模型的梁。三个二维各向同性晶格拓扑结构（三角形，六边形和戈薇）和两个组成材料（代表脆性陶瓷（碳化硅）和应变硬化弹塑性金属（钛合金））的结果。我们提取的初始断裂韧性和R-曲线的所有晶格，并表明（i）弹性脆性三角形晶格表现出增韧（上升R-曲线），和（ii）弹塑性三角形晶格显示显着增韧，而弹塑性六边形晶格失败的脆性方式。我们表明，这种故障行为的差异可以解释的塑性区的大小，裂纹扩展后增长，并得出结论，晶格中的裂纹扩展的性质（脆性与韧性）取决于组成材料和晶格结构。虽然结果为二维桁架格，所提出的方法可以很容易地应用到三维桁架和壳格，只要裂纹尖端位于一个单元格的空的空间。
2020-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Phase field fracture modelling using quasi-Newton methods and a new adaptive step scheme
我们研究了拟牛顿法在促进相场断裂模拟的整体解决方案的收敛的潜力。几个典型的边值问题的解决，跨越准静态断裂，疲劳损伤和动态开裂领域。得到的有限元结果揭示了拟牛顿整体格式的鲁棒性，在稳定和不稳定的开裂条件下都容易达到收敛。此外，由于该解决方案的方法是无条件稳定的，非常显着的计算增益观察到相对于广泛使用的交错解决方案。此外，提出了一种新的自适应时间增量方案，以进一步降低计算成本，同时允许准确地解决材料行为的突然变化，如不稳定的裂纹扩展。计算时间可以减少几个数量级，相应的交错解决方案所需的载荷增量高达3000倍。拟牛顿整体解决方案可以是大规模相场断裂模拟的关键使能器。影响是特别相关的相场疲劳的新兴领域，结果表明，交错周期的周期计算是禁止在中期或高周疲劳。有限元代码可从www.empaneda.com/codes下载。
2019-12-18 cond-mat.mtrl-sci cs.NA math.NA
On the pressure decline analysis for hydraulic fractures in elasto-plastic materials
本文分析了弹塑性材料平面应变水力劈裂问题。分析是基于有限元法计算裂纹扩展和闭合，以模拟微型压裂校准试验。断裂演化的基本趋势，在弹塑性材料的传播和闭合阶段，并与岩石的纯弹性形变得到的结果进行比较。通过压降分析确定了封堵应力和漏失系数。结果表明，对于断裂材料非弹性变形的情况，也可以采用压力下降分析的标准技术。
2022-11-21 cond-mat.mtrl-sci
The role of plastic strain gradients in the crack growth resistance of metals
裂纹从短或长的预裂纹的前进是通过在应变梯度、弹塑性固体中的内聚区的渐进破坏来预测的。对于长裂纹和短裂纹，应变梯度的存在导致在静止裂纹尖端存在弹性区。这与以前忽略弹性应变的梯度固体的渐近分析形成鲜明对比。在裂纹尖端处的弹性奇异性的存在产生足够高以激活准解理的应力。对于长裂纹的情况下，裂纹扩展阻力曲线的预测范围很广的比率的内聚区强度屈服强度。值得注意的是，这一特点的弹性奇异性是保存短裂纹，导致严重降低拉伸延性。在定性方面，这些预测类似于那些离散位错计算，包括在裂纹尖端的无位错区的概念。
2019-02-10 cond-mat.mtrl-sci
A new method for microscale cyclic crack growth characterization from notched microcantilevers and application to single crystalline tungsten and a metallic glass
大多数金属的寿命受到循环载荷的限制，最终导致疲劳失效。裂纹的不断扩展最终导致灾难性的破坏。提出了一种先进的方法，用于确定循环裂纹扩展的微观尺度上使用纳米压头，它允许表征> 10，000加载循环。它使用聚焦离子束制造缺口微悬臂梁。该方法已被验证的循环弯曲金属玻璃和钨微悬臂梁。实验表明，在两个样品的寿命期间，稳定的裂纹扩展。由于没有位错，金属玻璃显示出较小的塑性，但显示出由变形引起的剪切。在试验中确定的裂纹扩展速率遵循Paris幂律关系。结果是可靠的，可重复的，与宏观设置相当。由于该方法的灵活性，它适用于表征特定的微观结构特征，如单相，晶界或不同的晶粒取向。
2022-08-02 cond-mat.mtrl-sci
Fracture as a pattern formation process
提出并讨论了裂纹扩展的连续介质模型。我们获得了稳态解与自洽选择的传播速度和形状的裂纹，弹性动力学和粘弹性效应考虑在内。考虑了两种不同的裂纹扩展机制，一级相变和表面扩散，并讨论了不同的加载方式。所产生的自由边界问题的解决相场法和尖锐的界面方法，使用多极展开技术。
2010-12-17 cond-mat.mtrl-sci
Size Effect and Scaling in Quasi-static and Fatigue Fracture of Graphene Polymer Nanocomposites
本文研究了结构尺寸如何影响石墨烯聚合物纳米复合材料的准静态和疲劳行为，这是一个经常被忽视的话题。结果表明，这些材料的准静态和疲劳失效与结构尺寸呈非线性关系，这是由于石墨烯纳米改性引起的裂纹尖端前方存在显著的断裂过程区（FPZ）。这样一个复杂的尺寸效应和缩放在准静态或疲劳的情况下，不能描述的线性弹性断裂力学（LEFM），但可以很好地捕捉的尺寸效应定律（SEL），考虑FPZ。由于SEL，增强的准静态和疲劳断裂性能得到了适当的表征，并显示出与结构尺寸无关。此外，本文还比较了准静态断裂与疲劳断裂在形态和力学行为上的差异。本文报道的实验数据和分析分析对于深入理解聚合物基纳米复合材料甚至其他准脆性材料（例如，纤维增强聚合物或其与纳米颗粒的混合物等），并进一步推进能够捕获在各种载荷条件下材料的尺寸依赖性断裂的计算模型的开发。
2023-03-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Flexoelectric fracture-filter effect in ferroelectrics
裂纹的扩展前沿产生大的应变梯度，因此是梯度诱导极化（挠曲电）的强源。在此，我们证明，在压电材料中，挠曲电性的结果是，根据它与压电极轴是平行还是反平行，裂纹传播将被帮助或阻碍。这意味着断裂物理学理论不能再假设极性材料的力学对称性。断裂不对称性的发现也对铁电体和压电换能器的机电疲劳具有实际影响，并且为基于裂纹的纳米图案化提供了新的自由度。
2018-09-26 cond-mat.mtrl-sci
