Grain Boundary Diffusion in Copper under Tensile Stress
采用分子动力学模拟研究了铜在$Σ$ 3孪晶界上的应力增强自扩散。单轴拉伸应力的存在下的结果在一个显着减少的激活能为5 eV的幅度每单位应变的晶界自扩散。使用点缺陷形成和扩散的理论模型，单轴拉伸应变$ε$上的有效激活能$Q$的功能依赖性示出由$Q(ε)=Q_0-E_0V^*ε$描述，其中$E_0$是零温杨氏模量和$V^*$是有效激活体积。模拟数据与该模型吻合良好，数据与模型之间的比较表明，$V^*=0.6Ω$，其中$Ω$是原子体积。$V^*/Ω=0.6$与空位主导的扩散机制一致。
2003-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Influences of Granular Constraints and Surface Effects on the Heterogeneity of Elastic, Superelastic, and Plastic Responses of Polycrystalline Shape Memory Alloys
采用实验和模拟相结合的方法研究了多晶记忆合金在超弹性应力作用下的变形不均匀性。原位X射线衍射，特别是远场高能衍射显微镜（ff-HEDM）技术被用来非破坏性地测量的位置，晶体取向，弹性应变张量和体积为数百个奥氏体晶粒在超弹性加载的镍钛（NiTi）形状记忆合金的晶粒平均统计。该实验数据还用于在有限元模型内创建合成微结构。然后，利用各向异性弹性力学模拟拉伸加载过程中的晶内应力的发展。从这些应力中计算出相变和滑移的驱动力。单个奥氏体晶体的晶粒平均响应检查之前和之后的多个应力诱导的转变事件表明，在试样内部的晶粒进行更多的应力和塑性变形小于表面晶粒的超弹性响应摇下来。单个晶粒内的异质性检查表明，晶界附近的区域表现出较大的应力变化相比，晶粒内部。这种晶内异质性更强烈地驱动的约束，相邻的晶粒比初始应力状态和个别晶粒的取向。
2017-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Interplay between grain boundary grooving, stress, and dealloying in the agglomeration of NiSi1-xGex films
锗硅化物，特别是那些在压缩衬底上形成的锗硅化物，在抗团聚方面不如硅化物稳定。通过对应变Si_（0.8）Ge_（0.2）（001）上Ni薄膜固相反应的研究，发现锗硅化镍与硅化镍和锗化镍有几个方面的不同：晶粒更小、更小、沟槽角更尖锐、发生脱合金化。锗向外扩散在膜中产生应力，这有利于开槽和团聚。
2006-05-18 cond-mat.mtrl-sci
Grain Boundary Softening from Stress Assisted Helium Cavity Coalescence in Ultrafine-Grained Tungsten
在粗晶材料中氦空穴的形成产生与空穴的数量密度和尺寸成比例的硬化，并且是由于位错与晶内氦缺陷的相互作用。在含有高密度界面汇的纳米结构金属中，晶界上的优先空穴形成反而产生软化，并且通常归因于增强的界面塑性。采用两个等级的超细晶粒钨，我们探索这种效果，使用有针对性的注入研究，以映射腔演变作为辐射条件的函数，并通过纳米压痕量化其对机械响应的影响。软化的报告在植入温度高于优先晶界空腔形成的阈值，但在足够低的能量密度之前的晶粒内空腔的生长。集体的平均空腔的大小，密度和形态下的残留的印象植入表面上的变化表明，腔聚结伴随着硬度的降低。互补原子模拟表明，在钨晶粒结构表现出软化，晶界气泡聚结驱动的应力集中，进一步采取行动，通过合作的变形过程，涉及本地原子洗牌和滑动，位错发射，甚至不稳定的孪生事件的成核在晶界局部应变。
2023-03-27 cond-mat.mtrl-sci
Demonstrating the potential of Accurate Absolute Cross-grain Stress and Orientation correlation using Electron Backscatter Diffraction
我们报告的第一次探索高角分辨率电子背散射衍射，不使用模拟电子背散射衍射图案作为参考，在多晶材料的绝对应力和取向测量。通过使图案中心相互关联并充分利用晶体对称性和平面应力，实现了多个直接电子检测器、能量过滤的电子背散射衍射图案中的所有重叠感兴趣区域的同时相关。在一个虚拟的多晶案例研究中，证明了高精度测量绝对应力，晶体取向和图案中心的潜力，显示误差分别低于20 MPa（或1 e-4应变），7 e-5 rad和0.06像素。
2018-11-23 cond-mat.mtrl-sci
Crystal plasticity model of residual stress in additive manufacturing
选择性激光熔化作为增材制造技术正受到越来越多的关注。由大的温度梯度和不均匀的冷却过程引起的残余应力有利于裂纹的产生。在这项工作中，晶体塑性有限元模型被开发来模拟残余应力的形成，并了解增材制造过程中的塑性形变、晶粒取向和残余应力之间的相关性。从热流体流动和晶粒生长模拟的温度分布和晶粒结构实施到晶体塑性模型。提出了一种单元消除和再激活方法来模拟熔化和凝固，并重新初始化状态变量，如塑性形变，在重新激活的单元。通过比较由热应力引起的塑性形变随时间的变化，根据液体区域的刚度退化来判断该方法的准确性。该方法被用来研究平行和垂直于激光扫描方向的残余应力，以及沿这些方向的晶粒的最大施密德因子的相关性。残余应力的大小可以作为深度、晶粒取向和相对于熔池的位置的函数来预测。
2021-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Three-dimensional study of grain scale tensile twinning activity in Mg: A combination of microstructure characterization and mechanical modeling
拉伸孪晶是六方密排结构金属中的主要变形方式，因此全面了解孪晶机制具有重要意义，而二维或小体积三维表征技术还不能完全揭示孪晶机制。利用大面积三维电子背散射衍射（EBSD）技术和晶体塑性模型研究了镁合金的拉伸孪晶行为。结果表明，使用传统的2D EBSD扫描，拉伸孪生活动被低估。当压缩到屈服点时，二维EBSD所检测的孪晶频率低于三维EBSD。研究了Schmid因子（SF）对孪晶的影响。几乎所有高Schmid因子（SF> 0.35）的晶粒都是孪生的。在中等SF（0.35>= SF>= 0.15）晶粒中观察到82%的令人惊讶的高孪生频率，这是出乎意料的，因为认为中等SF晶粒不利于孪生。低SF（SF <0.15）颗粒中的孪晶频率从二维到三维EBSD略有增加，这是由于孪晶体积小。高SF晶粒中的剪切应力保持较高水平且分布均匀，有利于孪晶形核和长大。剪切应力在中间SF晶粒内分布不均匀，孪晶在正剪切应力区域内形核。低SF晶粒中的剪切应力不利于孪晶的形成，孪晶发生在应力积累附近。同一籽粒的孪生活动在不同层次上存在差异。这是由于粮食环境变化引起的应力波动造成的。
2023-03-07 cond-mat.mtrl-sci
On stress-assisted boundary migration during recrystallization
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）；Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；Chongqing University（重庆大学）
本研究通过原位退火结合EBSD和数字图像相关分析，揭示了高纯铝再结晶晶粒表面边界迁移的应力机制，发现局部残余应变与边界迁移方向存在显著关联。
2026-04-12 cond-mat.mtrl-sci
FFT-based investigation of the shear stress distribution in face-centered cubic polycrystals
金属中非线性效应的发生，如塑性和损伤，强烈地受晶粒水平上的非均匀应力分布的影响。本文研究了作为塑性形变临界驱动力的滑移系中剪切应力的局部应力分布。特定的晶粒取向相对于负载方向进行了研究，在线性弹性制度，并在初始塑性形变的基础上的一个大的合奏微观结构。发现单晶的弹性各向异性对应力分布的分散有至关重要的影响，而在相应的晶体方向上的杨氏模量支配晶粒中的平均应力。它进一步表明，对于更高的各向异性，剪切应力偏离正态分布，更好地近似对数正态拟合。比较全场模拟的最大熵方法（MEM），揭示了MEM提供了一个很好的预测的第二个统计时刻的线弹性范围。在剪切应力的空间分布的研究中，晶界被确定为一个区域的显着的应力波动，并作为在弹塑性转变过程中屈服的起点。
2022-07-23 cond-mat.mtrl-sci
Crystallographic effects on transgranular chloride-induced stress corrosion crack propagation of arc welded austenitic stainless steel
研究了晶体学对304L奥氏体不锈钢电弧焊穿晶氯致应力腐蚀裂纹（TGCISCC）的影响。Schmid和Taylor因子在晶界（GB）的不匹配表明，裂纹传播从硬到软的晶粒，这可以解释仅仅通过机械参数，或软到硬的晶粒。在后一种情况下，有限元分析表明，TGCISCC将停止在GB没有足够的机械应力，有利的晶体取向，或裂纹尖端腐蚀。GB类型在确定TGCISCC开裂行为或敏感性方面不起重要作用。TGCISCC裂纹行为在GB的机械，晶体学和腐蚀因素之间的竞争的背景下进行了讨论。
2022-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure and Stress Mapping in 3D at Industrially Relevant Degrees of Plastic Deformation
本文利用X射线三维成像技术对变形至极限抗拉强度的铝多晶进行应力成像，揭示了晶粒内应力变化可达晶粒间变化一半，为结构-性能关系和损伤模型提供了关键数据。
2024-05-21 cond-mat.mtrl-sci
Anatomizing deformation mechanisms in nanocrystalline Pd$_{90}$Au$_{10}$
我们利用同步加速器为基础的原位衍射和占主导地位的剪切变形，以确定，解剖，并量化相关的变形机制，在纳米晶$\mathrm{Pd}_{90}\mathrm{Au}_{10}$的晶粒尺寸在10 nm或以下的限制情况下。我们可以确定晶格和晶界弹性，剪切洗牌操作的核心区域的晶界，应力驱动的晶界迁移，位错剪切沿晶格平面的贡献，但是，与显着不同的和非平凡的应力依赖的份额，以整体变形。关于晶格弹性，我们发现胡克线性弹性占上风的最大应力值$\approx$ 1.6 GPa。在/沿晶界传播应变的剪切洗牌随着载荷的增加而逐渐增加，以在宏观塑性状态下承载约三分之二的总应变。应力驱动的晶界迁移需要克服略低于$\approx$ 1.4 GPa的屈服应力的阈值应力，并对总应变贡献$\approx$ 10%的份额。明显的位错活动开始于$\approx$ 0.9 GPa的应力值，然后增加并最终传播到总应变的最大份额$\approx$ 15%。在低于0.9 GPa的应力状态下，其特征在于切线模量显著降低，剪切洗牌和晶格和晶界弹性专门操作。在这种制度下的材料响应似乎表示非线性粘性行为，而不是与在传统的面心立方金属中观察到的加工硬化或应变硬化相关。
2017-09-18 cond-mat.mtrl-sci
A numerical study of the effect of discretization methods on the crystal plasticity finite element method
本报告描述了晶体塑性有限元（CPFE）建模的大数据数值研究，使用静态和基于晶粒的网格，以调查结果对离散化方法的依赖性。静态网格是指微观结构的基于积分点的表示，其中有限元内的积分点（IP）可能属于不同的晶粒，而在基于晶粒的网格中，最小离散单元是可能仅属于一个晶粒的单元。采用商业有限元软件Abaqus中的UMAT子程序对晶体塑性本构关系进行了编码。在应变控制加载和周期性边界条件下研究了多组RVE。比较了静态网格和基于颗粒的网格RVE得到的应力和应变等值线图。模拟结果表明，这两种离散方法提供了可靠的预测的应力-应变曲线和应力/应变局部化点的多晶合金。静态网格趋于平滑晶界处的应力/应变分布，而基于晶粒的网格结果中存在应力/应变不连续性。当RVE内的颗粒数量从34增加到1250时，上述发现仍然有效。为了量化静态网格划分和基于颗粒的网格划分之间的差异，定义了偏差的相对度量。整体应力的偏差相对较小，在0.5%以内，而局部偏差高达50%。静态网格的优点是减少了预处理过程和计算时间相比，基于颗粒的网格。它的结论是，静态网格是首选时，调查材料的宏观行为，而基于颗粒的网格，建议使用CPFEM的局部响应的研究。
2023-01-31 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic Mechanisms of Stress-Dependent Molten Salt Corrosion in NiCr Alloys
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Idaho National Laboratory（爱达荷国家实验室）
研究揭示了应力状态对熔融盐中晶界腐蚀的影响，通过分子动力学模拟发现拉伸应力加速晶间腐蚀，而压缩应力抑制腐蚀，通过表面层形成限制盐渗透。
2026-04-17 cond-mat.mtrl-sci
Parallelized Hybrid Monte Carlo Simulation of Stress-Induced Texture Evolution
设计了一种并行化的混合蒙特卡罗（HMC）方法来量化弹性加载下多晶材料的微观结构演变。该方法结合了时间显式材料点法（MPM）的机械应力与校准的Monte Carlo（cMC）模型的晶界动力学。计算出的弹性应力为晶界迁移产生了额外的驱动力。该范例的开发，测试，并随后用于量化的影响，弹性应力在镍多晶织构的演变。正如预期的那样，弹性加载有利于相对于加载方向显得较软的晶粒。织构演化速率也被量化，构造了一个内变量速率方程，预测了取向分布的时间演化。
2010-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Intergranular stress distributions in polycrystalline aggregates of irradiated stainless steel
为了预测辐照后奥氏体不锈钢在轻水堆（LWR）环境中的晶间应力腐蚀开裂（IGSCC），需要可靠地预测晶间应力。有限元模拟已经进行了现实的多晶聚集体与最近提出的物理为基础的晶体塑性本构方程验证中子辐照奥氏体不锈钢。晶间正应力概率密度函数相对于塑性应变和辐照水平，单轴加载条件下。此外，还提出了晶界处的塑性滑移活动跳跃。从统计学的角度来看，晶间正应力分布描述了由于颗粒-颗粒相互作用而导致的相对于宏观应力的晶间应力的潜在增加。的分布被证明是很好地描述的主曲线，一旦重新缩放的宏观应力，在本研究中考虑的辐照水平和应变的范围内。该主曲线的上尾对自由表面效应不敏感，这与IGSCC有关
2016-05-26 cond-mat.mtrl-sci
On the role of long range internal stresses on grain nucleation during discontinuous recrystallization
长程弹性相互作用在再结晶中的重要作用是使用一个简单的分析模型证明：堆积重排后吸收领先的位错由无位错胚胎提供了一个额外的驱动力，导致成核临界半径和鞍点能量急剧下降。一个非常尖锐的过渡证明，在鞍点完全消失，成核成为自发的。这种转变发生在对应于几何上必要的位错的临界密度和临界应变两者的明确定义的临界应力下，而不调用任何临界核尺寸，所述临界核尺寸可以借助于一些位错微观结构不稳定性而达到。本模型在此以多晶冰为例进行说明，但也可应用于其他具有显著塑性各向异性的晶体材料，例如锆合金。
2010-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Cold dwell behaviour of Ti$_6$Al alloy: Understanding load shedding using digital image correlation and crystal plasticity simulations
利用数字图像相关技术和晶体塑性模拟方法研究了粗晶Ti-6Al合金在3种不同温度下的冷保压行为。应变提取大体积晶粒蠕变期间DIC测量和用于校准晶体塑性模型。两个主要的滑移系统（基底和棱柱）的临界分辨剪切应力（CRSS）的值被确定为温度的函数。在不同温度下测定了两个晶粒对（1）“流氓”晶粒对和（2）“非流氓”晶粒对）边界上的应力。在“流氓”粮食对，在蠕变期间的应力增量被发现在“硬”粮食中观察到甩负荷。在升高的温度下，发现120 C是最坏的情况，因为发现这两个晶粒对的晶界处的应力差是三个温度中最大的。这可以归因于这样一个事实，即棱柱体和基底滑移系统的应变率敏感性在这种最坏情况下的温度下最大。
2021-06-23 cond-mat.mtrl-sci
Stress induced martensitic transformation in NiTi at elevated temperatures: martensite variant microstructures, recoverable strains and plastic strains
该研究通过热机械测试与透射电镜微观结构重构，揭示高温下NiTi形状记忆合金功能丧失源于应力诱导马氏体抗塑性变形能力不足，而非奥氏体塑性变形。
2024-06-21 cond-mat.mtrl-sci
Probabilistic Modeling of LCF Failure Times Using an Epidemiological Crack Percolation Model
对标准化低周疲劳试验结果的分析表明，失效次数分布较广。此外，机械部件经常在达到确定性失效时间之前失效。克服这些问题的可能性是考虑概率故障时间。我们的概率寿命预测方法是基于金属的微观结构。由于我们专注于镍基合金，我们考虑粗晶粒显微组织，具有随机取向的FCC晶粒。这导致随机分布的施密德因子和不同的各向异性应力在每个颗粒。为了获得裂纹萌生时间，我们使用Coffin-Manson- Basquin和Ramberg-Osgood应力方程，并用概率Schmid因子进行了修正。利用这些单颗粒裂纹萌生时间，我们已经开发了一个流行病学裂纹扩展模型在多个晶粒。在这个介观裂纹渗流模型中，裂纹颗粒引起相邻颗粒中的应力增加。这种应力增加是使用在有限元模拟生成的数据上训练的机器学习模型来实现的。由此产生的裂纹群进行评估与基于多峰应力强度因子的失效准则。从生成的故障时间，我们计算表面依赖的风险率使用Monte Carlo框架。我们得到的故障时间分布从LCF实验的数据进行比较，发现预测和测量的散射带很好的吻合。
2022-07-06 cond-mat.mtrl-sci
Applied Machine Learning to Predict Stress Hotspots I: Face Centered Cubic Materials
我们通过整合基于全场晶体塑性的变形模型和机器学习技术来研究单轴拉伸变形下多晶材料中应力热点的形成，以获得有关微观结构特性的数据驱动见解。合成的3D微观结构被创建为代表普通铜合金的单相等轴微观结构。采用基于图像的快速傅里叶变换（FFT）技术，结合率敏感晶体塑性模型，对单轴拉伸变形进行了三维全场模拟，得到了局部微观力学场（应力和应变率）。应力热点被定义为具有高于应力分布的第90百分位的应力值的晶粒。然后，使用反映局部结晶学、几何学和连通性的度量来表征热点邻域。该数据用于创建输入特征向量，以训练随机森林学习算法，该算法预测将成为应力热点的晶粒。我们能够实现0.74的接收操作特性曲线（ROC AUC）下的面积为面心立方材料建模通用铜合金。结果显示了机器学习方法应用于多晶晶粒网络的能力和局限性。
2018-06-13 cond-mat.mtrl-sci
Hybrid Monte Carlo Simulation of Stress-Induced Texture Evolution with Inelastic Effects
采用混合蒙特卡罗（HMC）方法定量研究了非弹性变形对多晶材料微观结构演化的影响。这种方法耦合了一个时间显式材料点法（MPM）的变形与校准的Monte Carlo模型的晶界运动。一个率无关的晶体塑性模型来解释多晶体中的局部塑性形变。晶粒间的位错能差为织构演化提供了额外的驱动力。然后，通过MC和锐界面（SI）动力学模型之间的参数联系，将这种塑性驱动力带入MC范式。MC算法实现在一个并行化的设置使用棋盘更新计划。正如预期的那样，塑性加载有利于织构演变的晶粒具有较大的施密德因子相对于加载方向，这些是最容易被晶界运动去除的晶粒。一个宏观方程来预测这种织构的演变。
2010-07-20 cond-mat.mtrl-sci
Phase field simulation of grain size effects in nanograined Ti-Nb shape memory alloys
钛基记忆合金，如Ti 2448，由于其独特的热机械性能和潜在的生物医学应用，引起了人们极大的关注。在这项研究中，我们开发了一个多晶相场研究的晶粒尺寸依赖的马氏体相变和相关的机械性能的纳米晶粒Ti-Nb合金。结果表明，平均晶粒尺寸的减小加强了对马氏体相变（MT）的抑制，导致相变应力的增加，应力滞后的收缩，和残余应变的消除。获得了不同平均晶粒尺寸的纳米晶Ti-Nb合金的时间-温度-相变曲线，并验证了Hall-Petch关系在所有晶粒尺寸下的有效性。此外，当平均晶粒尺寸变得超小时，温度和应力诱导的MT都表现出连续的二级相变行为。这些优越的相变特性归因于高密度的晶界和相关的主导作用的梯度能量在纳米尺度。我们的研究结果对纳米晶记忆合金的性能设计和控制具有深远的意义。
2021-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Grain Coalescence on Dislocation and Stress Evolution of GaN Films Grown on Nanoscale Patterned Sapphire Substrates
本研究对比了LT-GaN与PVD-AlN两种成核层对纳米图形化蓝宝石衬底上GaN薄膜的影响，发现PVD-AlN能抑制奥斯特瓦尔德熟化，使位错密度降低超50%，但残余压应力增加约0.5 GPa。
2023-08-21 cond-mat.mtrl-sci
A novel method of experimental determination of grain stresses and critical resolved shear stresses for slip and twin systems in a magnesium alloy
本研究提出一种基于中子衍射的新方法，可直接测定镁合金晶粒应力与临界分切应力，无需依赖模型假设，还能解释合金各向异性并简化弹塑性自洽模型的参数拟合。
2023-08-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Cold Creep of Titanium: Analysis of stress relaxation using synchrotron diffraction and crystal plasticity simulations
存在一个长期存在的技术问题，其中在室温下在Ti中循环加载期间的应力驻留导致显著的疲劳寿命降低。据认为，局部时间依赖性的塑性在软晶粒取向容易塑性滑移导致甩负荷和增加应力在相邻的硬晶粒取向不良容易滑移。量化这个时间相关的塑性过程是成功预测复杂的冷驻留疲劳问题的关键。这项工作使用了一种新的方法，在原位同步辐射X射线衍射在应力松弛试验，量化的时间依赖塑性。从多个晶格家庭（21衍射环）的测量晶格应变进行了比较，从晶体塑性有限元（CPFE）模拟模拟晶格应变。棱柱滑移参数被发现表现出更强的应变速率敏感性相比，基底滑移，这有显着的影响，在冷蠕变过程中的应力重分布到硬晶粒取向。
2020-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Measuring the surface stress polar dependence
虽然表面自由能的极性依赖性的测量很容易获得，但晶体表面应力的整个极性依赖性的测量不存在。本文提出了一种新的程序，允许，第一次，实验测定晶体的表面应力极性依赖性。为此目的，（1）电迁移用于控制属于晶体平衡形状的表面取向的动力学刻面，以及（2）对于每个不稳定的表面，刻面的周期以及出现的刻面的晶体学角度通过AFM测量。如此获得的数据导致一组方程的数学解，与物理约束兼容，使访问整个晶体的表面应力极性依赖，从而更好地理解表面应力特性。
2007-06-15 cond-mat.mtrl-sci
Yielding Transitions and Grain-Size Effects in Dislocation Theory
本文采用前人提出的热力学位错理论分析了多晶固体中的屈服转变和晶粒尺寸效应。计算是基于1995年Meyers等人在应变硬化条件下对多晶铜的实验结果。主要的断言是，众所周知的霍尔-佩奇效应是由增强的强度的位错源在晶粒的边缘，而不是通常假设的阻力位错流穿过晶界。该理论描述了屈服点处弹性变形和塑性形变之间的快速转变，因此可以用来预测屈服应力和流动应力的晶粒尺寸依赖性
2017-01-29 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation interactions mediated by grain boundaries
变形晶体中位错集合的动力学表明了集体现象、间歇波动和应变雪崩的出现。在多晶材料中，对塑性形变机制的理解取决于对晶界在位错运动中的作用的把握。在这里的位错和弹性，低角度晶界的相互作用进行了研究的离散位错表示的框架。我们允许晶界变形的位错应力场的影响下，并比较这样的扰动刚性晶粒bouches的情况下的效果。我们能够确定，无论是分析和数值，修正位错应力场作用于相邻的晶粒，介导的晶界变形。最后，我们讨论的雪崩统计的结论和后果，在多晶样品中观察到的。
2008-03-07 cond-mat.mtrl-sci
Three-Dimensional In Situ Texture Development and Plasticity Accumulation in the Cyclic Loading of an alpha-Ti Alloy
高能同步辐射X射线被用来跟踪晶粒旋转和微观力学演变的六角Ti-7Al微观结构，因为它是循环加载低于其宏观屈服应力。通过200次循环的晶粒的演变揭示了在整个试样中冯米塞斯应力和取向的连续变化，表明塑性的缓慢积累，即使样品在低于其宏观屈服下循环。尽管（宏观）塑性应变的大小可以忽略不计，但晶粒的重新取向与拉伸织构的发展是一致的。据观察，在一个“硬”的取向（c轴接近加载方向）的晶粒保留更多的残余应力在其滑移系统卸载后比在一个“软”的取向的晶粒。
2020-09-30 cond-mat.mtrl-sci
On the role of Grain Boundary Character in the Stress Corrosion Cracking of Nanoporous Gold Thin Films
本研究系统探究Au28Ag72薄膜晶界特征对其脱合金开裂的影响，发现高温合成样品因抗裂的共格σ3晶界密度高，开裂倾向更低，晶界取向与成分会调控脱合金行为及薄膜寿命，为NPG薄膜电催化应用提供支撑。
2023-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Imposing equilibrium on measured 3-D stress fields using Hodge decomposition and FFT-based optimization
我们提出了一种方法来施加微观力学约束，即在晶粒和亚晶粒尺度的应力平衡，任意（非平衡）体素化的应力场获得，例如，通过同步辐射X射线衍射技术。该方法包括通过最优化问题的解找到最接近（在$L^2$ -范数意义上）测量的非平衡应力场的平衡应力场。一般（非平衡）场的无发散（平衡）部分的提取是使用对称矩阵场的霍奇分解来执行的，霍奇分解是将矢量场的亥姆霍兹分解推广为无旋场和螺线管场的和。以下各项的组合：a）解决优化问题的欧拉-拉格朗日方程，和b）霍奇分解，给出了一个微分表达式，该表达式包含双调和算子和作用于测量应力场的两倍旋度算子。这些高阶导数可以在傅立叶空间中有效地执行。该方法被施加到过滤的合成分段恒定应力场与已知的地面真相，和应力场的口香糖金属，β-钛基合金测量原位使用衍射对比度断层扫描（DCT）的非平衡部分。在这两种情况下，最大的修正获得晶界附近。
2021-04-26 cond-mat.mtrl-sci
On stress concentration in nanotwinned metals
在他们的论文中，Lu等人分析了来自原位透射电子显微镜（TEM）的实验数据，并得出结论，纳米孪晶（nt-）金属中晶界-孪晶晶界（GB-TB）交叉处的局部应力集中随着TB厚度减小（低于$λ$ $\leq$ 18 nm）而增加。然而，在这里，通过分析Lu等人的原始实验数据，结合有限元模拟和量纲分析，我们表明，由于GB-TB交叉点附近的高应力梯度以及NT晶粒中的TB位置，NT材料中局部应力集中的测量对所采用的平均盒尺寸高度敏感。通过对原始数据的仔细分析，可以捕捉到完全相反的趋势，这与连续介质力学的公认定律一致。
2021-02-14 cond-mat.mtrl-sci
Simulations of multivariant Si I to Si II phase transformation in polycrystalline silicon with finite-strain scale-free phase-field approach
采用无标度相场方法（PFA）和相应的有限元方法（FEM）模拟了多晶聚集体中立方Si Ⅰ到四元Si Ⅱ的马氏体相变（PT）。该模型的重要特征是大的和非常各向异性的相变应变张量$\varepsilon_{t}=\{0.1753;0.1753; -0.447\}$和应力张量依赖的非热耗散阈值PT，这产生了计算的基本挑战。具有55和910随机取向晶粒的3D多晶体在周期性边界条件和零平均横向应变下经受单轴应变和应力控制载荷。耦合演化的离散马氏体显微组织，马氏体变体和Si II的体积分数，应力和相变应变张量，和织构的介绍和分析。宏观变量有效地代表多变量的转换行为。55和910晶粒的宏观应力-应变和相变行为接近（差异小于10%）。这使得宏观本构方程的确定，通过处理骨料与少量的颗粒。大的相变应变和晶界导致数十GPa的巨大内应力，影响微观组织演变和宏观行为。与单晶相反，由于PT和负的局部切线模量的局部机械不稳定性在宏观尺度上通过由晶界阻止/减缓Si II区域的生长并产生内部背应力来稳定。这导致PT期间的压力增加。所开发的方法可用于研究类似的PT与大的转化菌株，并进一步发展，包括塑性应变和应变诱导的PT。
2023-02-12 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation-induced stress in polycrystalline materials: mesoscopic simulations in the dislocation density formalism
在本文中，我们提出了一个简单而有效的数值方法，允许快速傅立叶变换为基础的评估所产生的应力与任意方向的位错和伯格斯矢量，如果（网站相关）位错密度是已知的。我们的方法允许使用形状各向异性离散单元的矩形网格的位错应力的评价，而不采用较高的多极矩的位错相互作用系数。使用所提出的方法，我们首先模拟由相对简单的非均匀分布的垂直边缘和所谓的“混合”位错在盘形样品，这是必要的理解在更复杂的系统中的位错行为所产生的应力。我们的主要研究部分是在位错密度随离层底距离迅速变化的多晶层中的应力分布。考虑到GAN作为这样的系统的一个典型例子，我们研究位错诱导的应力为刃型和混合位错，具有随机取向的伯格斯矢量晶粒之间。我们发现，位错密度的快速衰减导致许多高度非平凡的功能，在这样的层中的应力分布，并详细研究这些功能的平均晶粒尺寸的依赖关系。最后，我们开发了一种分析方法，使我们能够预测的应力方差与晶粒尺寸的演变，并比较分析预测与数值结果。
2018-04-05 cond-mat.mtrl-sci
Evaluation of local stress state due to grain-boundary sliding during creep within a crystal plasticity finite element multi-scale framework
以往的研究表明，晶界滑动可以加速蠕变速率，并产生大的内应力，可以导致损伤的发展，例如形成楔形裂纹。本研究提供了更多的洞察晶界滑动（GBS）的影响，对现实的多晶聚集体在蠕变过程中的变形行为，通过一个计算框架的发展，结合：i）使用界面元件在晶界处滑动，和ii）特殊的三相点（在2D中）或三线（在3D中）元件，以防止在微结构中的这些位置处的人工扩张，基于晶体塑性本构模型的时间相关的非弹性变形的单个晶粒。不同尺度的实验数据被用来校准框架，并与模型预测进行比较。我们特别考虑316型不锈钢蠕变过程中晶界滑动的影响，该不锈钢广泛用于英国先进气冷核反应堆（AGR）的结构部件。据发现，晶粒的各向异性变形和相邻晶粒之间的晶体取向的失配在确定给定边界上的滑动程度中起着重要的作用。它们对晶粒内应力发展的影响，特别是在三晶粒交界处，以及沿横向边界轴向应力的增加被量化。文章表明，沿刻面的应力的大小是高度依赖于相邻晶粒的结晶取向和相对量的滑动。在相邻晶粒由塑性更硬的晶体取向组成的情况下，横向于所施加的载荷的边界倾向于承载100-180 MPa量级的更高的法向应力。
2021-02-27 cond-mat.mtrl-sci cs.NA math.NA
Effects of mechanical stress, chemical potential, and coverage on hydrogen solubility during hydrogen-enhanced decohesion of ferritic steel grain boundaries: A first-principles study
本文通过第一性原理计算研究铁素体钢两类对称倾转晶界中应力、化学势和覆盖度对氢溶解度及氢致脱聚的影响，发现应力可促使氢向更强晶界重新分布，并分析了C、V、Cr、Mn合金元素的作用，为抗氢脆微观结构设计提供依据。
2024-07-02 cond-mat.mtrl-sci
First principles study of strain/electronic interplay in ZnO; Stress and temperature dependence of the piezoelectric constants
我们提出了一个第一性原理研究的应力，温度和压电ZnO的电子性质之间的关系。我们的方法是密度泛函理论和密度泛函线性响应在局域密度近似下的平面波赝势实现。我们观察到显着的变化时，材料的压电和介电常数被扭曲。这种应力依赖性是O $2p$和Zn $3d$电子之间强的、键长依赖性的杂化的结果。我们的研究结果表明，可以通过控制ZnO的晶格常数，例如通过在适当的衬底上外延生长，来实现对特定器件应用的压电性能的微调。
2000-07-12 cond-mat.mtrl-sci
Enhancement of magnetic ordering by the stress fields of grain boundaries in ferromagnets
本文预测了铁磁薄膜中晶界应变场引起的磁性能的显著变化和居里温度的显著提高。它示出，一张自发磁化可能会出现沿晶界的温度大于体居里温度。计算了具有晶界的铁磁薄膜的磁化强度随温度的变化和空间分布。我们发现，$45^\circ$晶界可以产生长程应变场，在比体居里温度高约$10^2$ K的温度下，该应变场导致沿着边界的磁性片的宽度为$ 0.5 ÷1 μm$数量级。
2001-11-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
New physics of grain boundaries in bcc metals from the atomic level: molybdenum as a case study
我们提出了一个系统的趋势研究对称倾斜晶界<110>轴钼。我们的研究结果表明，多个结构相，一些纳入空缺，竞争的边界基态。我们发现，在低的外部应力的空位更喜欢绑定到边界的高浓度，而且，外部应力驱动结构相变，对应于开关的边界作为管道的空位扩散途径。最后，我们提出的物理参数表明，这些现象很可能发生在其他体心立方过渡金属以及。
2000-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Dependence of the Atomic Level Green-Kubo Stress Correlation Function on Wavevector and Frequency. Molecular Dynamics Results from a Model Liquid
我们报告的一个新的方法，可用于解决振动动力学和应力波在液体中传播的进一步调查。该方法是基于宏观格林-久保应力关联函数到原子级应力关联函数的分解。正如之前在分子动力学模拟中研究的模型液体中所证明的那样，这种分解揭示了长距离传播的应力波的存在以及类似于对密度函数的结构。本文通过对原子级应力关联函数进行傅立叶变换，阐明了应力波的寿命及其传播范围与其频率、波矢和温度的关系。这些结果与频率和波矢的广义粘度的剪切应力波的传播特性的依赖。特别是，结果表明，在低频率下的频率依赖性粘度的值的增加与温度的降低有关的相应的低频率的应力波的传播范围的增加。我们发现，频率小于爱因斯坦频率的一半的剪切应力波的传播范围，远远超出最近的邻居壳甚至高于熔化温度。结果还表明，从准定域到传播行为的交叉发生在通常与玻色子峰相关的频率处。
2014-09-18 cond-mat.mtrl-sci
An analysis of the influence of grain size on the strength of FCC polycrystals by means of computational homogenization
采用基于多晶体集合体计算均匀化的多尺度策略，分析了晶粒尺寸对面心立方多晶体流变应力的影响。每个晶体的力学行为由基于位错的晶体塑性模型给出，其中临界分解剪应力遵循泰勒模型。变形过程中每个滑移系中位错的产生和湮灭由Kocks-Mecking模型给出，该模型经过修改以考虑晶界处的位错储存。以多晶Cu为例验证了模拟策略，所有模型参数均由位错动力学模拟或实验获得，模拟结果与文献中的实验数据吻合较好。该模型被应用于探讨不同的微观结构因素（初始位错密度，晶粒尺寸分布的宽度，织构）的晶粒尺寸效应的影响。结果发现，初始位错密度，$ρ_i$，起着主导作用的晶粒尺寸效应的大小和流动应力的依赖性与晶粒尺寸的逆幂（$σ_ y -σ_\infty \propto d_g^{-x}$）打破了大初始位错密度（$> 10^{14}$ m $^{-2}$）和晶粒尺寸$d_g > $ 40 $μ$ m FCC金属。然而，它被发现，晶粒尺寸的贡献强度遵循幂律函数的无量纲参数$d_g\sqrt{ρ_i}$的应用应变（$<$ 2 \%）的小值，与以前的理论考虑塑性的尺寸效应。
2018-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Decomposition of low-angle grain boundaries
Nanchang University（南昌大学）；Brigham Young University（杨百翰大学）
本文通过原子模拟研究了低角度晶界在特定应力条件下通过位错分离实现的分解过程，并探讨了应变率和温度对分解的影响。
2025-09-02 cond-mat.mtrl-sci
On the configurational force associated with blocked slip bands at grain boundaries in α-Ti
National Physical Laboratory（英国国家物理实验室）；University of Oxford（牛津大学）
研究通过配置力框架量化被阻 slip 带的局部能量驱动力，揭示晶界几何结构对邻近晶粒变形方向的影响，提供评估被阻 slip 严重程度的物理基础。
2026-03-25 cond-mat.mtrl-sci
Emergent grain boundary phases in stressed polycrystalline thin films
在多晶薄膜的合成过程中，晶界（GB）微结构影响残余应力的发展，并且受残余应力的发展影响。最近的研究表明，优选的生长方向和邻接晶体的旋转之间的挫折，以本地尖点GB能量导致内部应力局部纳米表面层周围的谷和脊，形成在紧急边界（eGB）。使用的连续框架，数值分析和全原子模拟的双晶$\langle 111\rangle$铜薄膜的组合，我们表明，eGB调整其表面形貌和旋转程度响应于外部应变。压缩有利于旋转和增长的低能量GB相（络合物）在eGB谷，而张力有利于过渡在eGB脊，应力引起的质量流出/流入，改变界面和变形能量之间的能量平衡的反映。分子动力学模拟的应变和生长的双晶薄膜显示，eGB的相变耦合到岛形成在表面的三重结，提供了一个直接的联系eGB相和表面台阶流。eGB结构，形态和力学之间的相互作用出现作为一个重要的成分，在薄膜生长过程中的应力和形态演变的预测性理解，多晶表面的多功能响应在不同的表面现象，如表面介导的变形，界面脆化，热开槽，应力腐蚀，表面催化和拓扑传导具有广泛的影响。
2022-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
H induced decohesion of an Al grain boundary investigated with first principles: Proposed general conditions for instant breakage and delayed fracture
用第一性原理研究了面心立方铝中H修饰$Σ$ 5 [100]扭曲晶界的单轴拉伸响应。杂质在装载过程中表现出强烈的迁移倾向。为了捕捉这些H运动，标准模型框架扩展到探测加载-卸载滞后。如果在最大可接受应变之前达到H装饰GB在缓慢断裂极限中接受的最大拉伸应力，则超过该应力可能触发H流入控制的不稳定，而不是“立即”断裂。这种“延迟”故障似乎可能出现时，H吸引GB显示单调下降，增加负载。
2018-12-18 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale perspective on the stress-corrosion cracking behavior of a peak-aged 7XXX-Al alloy
高强度7 xxx铝合金目前常用于航空航天领域，预计将越来越多地用于汽车行业以减轻重量。然而，这些合金可能对应力腐蚀开裂（SCC）敏感，这取决于回火和负载条件。合金的晶粒结构和成分被认为在确定SCC敏感性方面起关键作用。在这里，我们在纳米尺度上研究了7140铝合金的两种不同的模型变体上应力腐蚀裂纹附近的微观结构的演变。我们在热（70°C）潮湿空气中对在四分之一厚度（T/4）和中等厚度（T/2）下提取的样品进行了双悬臂梁（DCB）裂纹扩展测试，并对非工业、SCC敏感的T6条件进行了热处理。在T/4下的样品显示出较低的KISCC以及较平坦的晶粒和较高的溶质含量，而两种样品在较高的应力强度下表现出相似的裂纹扩展速率。我们报告的沉淀溶解和基体溶质富集裂纹尖端附近，与T/4的位置呈现较高的溶质水平的增加。裂纹前的近晶界显微组织发生了变化，有沉淀溶解和溶质向应力腐蚀裂纹尖端迁移的迹象。这些结果与最近关于另一种7 xxx铝合金在Cl溶液中SCC后的报告一致，支持这些机制通常发生的可能性。我们将我们的研究结果与测量的SCC行为，并提供了一系列可能的机制，可以广泛适用于高强度铝合金的SCC。
2023-03-08 cond-mat.mtrl-sci
Dynamics and stress in gravity driven granular flow
我们研究，使用模拟，在二维重力驱动的干砂的稳态流动。微观晶粒动力学的研究表明，晶粒保持分离，但碰撞之间的距离和时间的幂律分布。虽然存在大的随机颗粒速度，但这些波动中的许多在整个系统中是相关的，并且局部重排非常缓慢。系统中的应力几乎完全通过碰撞转移，应力张量的结构几乎完全来自碰撞发生方向的偏置。
1998-10-06 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Stress state evolution of a cemented granular material subjected to bond dissolution by Discrete Element Modeling
本研究通过离散元模拟胶结颗粒材料在键溶解下的应力演化，发现颗粒介质趋向吸引子构型，重组包括链力坍塌和颗粒软化。
2025-03-28 cond-mat.mtrl-sci
Temperature dependence of surface stress across an order-disorder transition: p(1x2)O/W(110)
利用低能电子衍射测量了W（110）上p（1x 2）有序氧层在无序转变过程中的应变弛豫随温度的变化。测得的应变在[1-10]方向上接近0.027，在[001]方向上接近-0.053。在测得的应变弛豫的基础上，我们使用从头计算的结果，温度依赖的表面应力的定量信息。根据由第一性原理计算确定的不同应变的表面形成能，我们估计表面应力沿[1-10]从有序相的-1.1变化到无序相的-0.2N/m，沿[001]从5.1变化到3.4N/m。此外，我们的观察，应变规模与域大小成反比，证实了应变松弛发生在域边界。
2010-03-19 cond-mat.mtrl-sci
Stress Dependence of Exciton Relaxation Processes in Cu2O
对Cu 2 O中激子弛豫过程的全面研究带来了一些惊喜。我们发现，在高应力下，邻-对位转换速率变慢，俄歇非辐射复合速率随应力增加而增加，在零应力下显然没有俄歇复合。这些结果对于在谐振势中研究激子的玻色-爱因斯坦凝聚具有重要意义。
2001-06-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Grain-size dependence of plastic-brittle transgranular fracture
本文构建结合相场公式与晶体塑性的模型，研究体心立方材料穿晶断裂的晶粒尺寸依赖性，发现交滑移引发失效与晶界钉扎裂纹两种竞争机制导致非单调行为，解释了矛盾的实验观察。
2025-01-23 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic grain-size gradients upon grain growth near a free surface
Jiangxi University of Science and Technology（江西理工大学）；Erich-Schmid-Institute of Materials Science, Austrian Academy of Sciences（奥地利科学院材料科学埃里希·施密德研究所）；TU Dresden（德累斯顿工业大学）
研究揭示了自由表面附近晶粒生长的内在晶粒尺寸梯度，通过分析不同厚度样品的微观结构演变，发现晶粒尺寸随深度逐渐增加，这与弹性松弛和剪切耦合的晶界迁移有关。
2026-04-17 cond-mat.mtrl-sci
Adapting U-Net for linear elastic stress estimation in polycrystal Zr microstructures
提出了一种改进的U-Net卷积神经网络结构来估计a-Zr（hcp）多晶晶粒结构中的线弹性相容应力。使用VGrain软件生成训练数据，其中规则性α为0.73，晶粒结构和ABAQUS的均匀随机取向使用有限元法评估应力焊接。初始数据集包含200个样本，其中20个样本从训练中保留以进行验证。使用CPU或GPU，该网络可提供约200倍至6000倍的加速，与有限元分析相比，可节省大量内存，准确度可降低10%。网络性能不相关的晶粒结构的规则性或纹理，显示泛化的网络超出了任意Zr晶体结构的训练集。测量了使用200和400个样本进行训练时的性能，发现当数据集的大小增加一倍时，准确率提高了约10%。
2023-03-15 cond-mat.mtrl-sci cs.LG
