Yielding, shear banding and brittle failure of amorphous materials
在自然界和技术中广泛存在的过程是由动力学转变控制的，由此最初处于固体状状态的材料然后塑性屈服。主要未解决的问题涉及任何材料是否会顺利和逐渐屈服（韧性行为）或突然和灾难性地失败（脆性行为）;样品退火，无序和剪切带形成在屈服和失败的开始中的作用;最重要的是，从实践的角度来看，任何即将发生的灾难性失败是否可以在它发生之前预测。我们解决这些问题，通过研究缓慢剪切非热非晶材料的屈服，在一个最小的介观晶格弹塑性模型。我们的贡献是四方面的。首先，我们阐明是否屈服将是韧性或脆性，对于任何给定的样品退火水平。第二，我们表明，屈服包括两个不同的阶段：一个预失效阶段，在此阶段中，小水平的应变异质性慢慢积累，其次是一个灾难性的脆性破坏事件，在此过程中，裂纹迅速传播通过合作线的塑性事件的样品。第三，我们提供了一个表达式的缓慢增长水平的应变不均匀性在破坏前的阶段，表示在宏观应力-应变曲线和样本大小，并与我们的模拟结果非常一致。第四，我们阐明的基本机制，通过该裂纹然后成核，并提供一个近似表达式的概率分布的剪切应变发生故障时，确定由一个单一的退火参数，和系统的大小方面表示的样品中固有的无序。
2022-11-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Elasto-plastic description of brittle failure in amorphous materials
无定形材料对施加的应变的响应可以是连续的，或者当剪切带成核时显示宏观应力下降。如果初始构型非常稳定，则可以观察到这种不连续响应。我们从理论上研究如何出现这种脆性在非热，准静态驱动，材料的初始稳定性增加。我们表明，这种出现是很好地再现弹塑性模型和预测的平均场近似，它对应于一个连续的过渡。在平均场中，可以根据雪崩统计量预测失效。我们表明，这是不是在有限的尺寸非常脆的材料，由于罕见的薄弱地区的剪切带成核的情况下。预测它们的临界半径遵循$a_c\sim (Σ-Σ_b)^{-2}$，其中$Σ$是应力，$Σ_b$是剪切带可以承载的应力。
2018-03-30 cond-mat.soft
Avalanche criticality emerges by thermal fluctuation in a quiescent glass
本文通过分子模拟发现快速淬火后玻璃系统热弛豫中存在雪崩临界性，指出粒子重排是临界的，且该现象与剪切非晶固体雪崩同源但指数不同，提出将玻璃视为热驱动弹塑性材料以理解玻璃转变点以下的老化等动力学。
2024-09-24 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Yielding in amorphous solids reveals an age-dependent intrinsic lengthscale
Indian Institute of Technology Palakkad（印度理工学院帕拉卡德分校）；Heinrich Heine University Düsseldorf（杜塞尔多夫海因里希·海涅大学）；National Institute of Technology Tiruchirappalli（蒂鲁奇拉普拉蒂国立技术学院）；University of Tokyo（东京大学）；Indian Institute of Technology Roorkee（印度理工学院鲁尔凯分校）；The Institute of Mathematical Sciences（数学科学研究所）；Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所）
本研究通过介观尺度分析揭示非晶固体中控制局部失效的内禀长度尺度ζ随体系年龄增长，并引入软矩阵方法为失效机制探测和弹塑性建模提供新平台。
2025-10-26 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Geometry-controlled Failure Mechanisms of Amorphous Solids on the Nanoscale
非晶态固体，局限于纳米尺度，表现出丰富的新现象尚待探索。特别是，这种固体对机械载荷的响应还没有得到很好的理解，正如实验所证明的那样，它与由相同材料制成的散装样品有很大的不同。故障模式和机制的强烈影响的几何形状的限制和样品中的界面效应和时间尺度之间的相互作用，由外部机械场施加。在这里，我们提出了在一个有限的模型玻璃，受到膨胀与恒定的应变速率的腔形成的机制。该系统进行了研究，为不同的几何纵横比和样本量。我们的研究结果表明，对于一个给定的温度和应变条件下，当长径比达到一个临界值时，样品显示空化，低于这个长径比的样品通过形成颈部破裂。临界纵横比与取决于应变速率和温度的颈部的临界曲率相关联。如果超过这个临界曲率，系统的自由能会因空腔的形成而最小化。我们的研究揭示了一种新的机制，空腔形成的纳米尺度。这可能是在机械载荷作用下小型受限系统中材料失效的一般机制。
2019-07-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Stress percolation criticality of glass to fluid transition in active cell layers
使用三维表示的汇合细胞层，我们映射到二维（2D）网站渗流普适类的非晶态固体到流体的相变在活性细胞层。重要的是，我们统一了两个不同的，主要的，与这种转变相关的途径;即（i）细胞-细胞粘附和（ii）主动牵引力。对于每种途径，我们独立地改变相应的控制参数，并专注于新兴的机械应力模式的单层从玻璃状过渡到流体状的状态。通过有限尺寸标度分析，我们的研究结果使我们建立玻璃状到流体状的过渡作为一个关键的现象，在细胞层中的应力发展，并显示相关的临界性属于2D网站渗流普适性类。我们的研究结果提供了一个新的视角固体（玻璃状）到流体的相变在活性细胞层，并可以桥接我们的理解玻璃态行为的活性物质在生物过程中，如伤口愈合，发展和癌症进展的潜在影响。
2022-10-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Universal Jamming Criticality and Self-Organizing Principles from Disorder to the Limit of Perfect Crystalline Order
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）
研究聚焦弹性阻塞堆积，系统调结构揭示通用特性，证明力学性能受阻塞临界性支配，发现配位数分布等，为无序固体刚性提出组织机制，强调阻塞物理相关性并补充自组织原理。
2026-07-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Fatigue failure of amorphous alloys under cyclic shear deformation
该研究通过分子动力学模拟揭示非晶合金在循环剪切下的疲劳失效机制，发现屈服前循环次数遵循幂律，且势能曲线可用于预测疲劳寿命，并阐明了剪切带的形成过程。
2023-01-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Metastability as a mechanism for yielding in amorphous solids under cyclic shear
本文研究了非晶态固体在循环剪切变形下的屈服行为，证明了它可以映射为在具有吸收边界的约束势场中的随机行走。由此产生的动力学是由第一次通过时间进入吸收状态，足以捕捉到最近观察到的非晶态固体的原子模拟的基本定性特征。我们的研究结果提供了深入了解的机制，潜在的收益率和它的鲁棒性。当激活逃逸吸收状态的可能性被添加，它导致一个独特的确定的阈值能量和屈服应变，从而提出了一个有吸引力的方法来理解疲劳失效。
2021-12-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
How criticality meets bifurcation in compressive failure of disordered solids
本文通过二维多孔固体压缩实验和非稳态脱钉模型，揭示压缩破坏本质是标准分岔而非临界转变，前兆级联可用于预测结构剩余寿命。
2023-08-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.data-an
Shear hardening in frictionless amorphous solids near the jamming transition
本文通过数值模拟与弹性理论研究深度退火无摩擦堆积体的剪切硬化，揭示键数增加及键取向各向异性、长程关联两个微观起源，补充了阻塞转变的临界普适规律。
2023-02-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Avalanches in Strained Amorphous Solids: Does Inertia Destroy Critical Behavior?
模拟被用来确定惯性对二维二元Lennard-Jones玻璃的非热剪切的影响。在准静态极限，剪切发生通过一系列快速雪崩。雪崩的分布分析使用有限尺寸标度与成千上万的粒子。惯性使系统进入一个新的欠阻尼普适类，而不是使系统远离临界状态。标度指数确定的欠阻尼和过阻尼的限制和临界阻尼，分开这两个制度。系统是在过阻尼普适类，即使大多数振动模式是欠阻尼。
2012-04-26 cond-mat.soft
Statistical Physics of the Yielding Transition in Amorphous Solids
制造结构玻璃、聚合物玻璃和金属玻璃的技术正在迅速发展，具有许多应用。它们的使用的限制是它们的机械稳定性：在增加的外部应变下，所有的非晶态固体对小应变有弹性响应，但具有有限的屈服应力，如果不影响塑性响应，则不能超过该屈服应力，塑性响应通常导致机械失效。了解这一点对于评估玻璃材料在机械载荷下的失效风险至关重要。在这里，我们表明需要克服的能垒ΔE的统计数据从平稳到零的概率分布函数（pdf）变化到在ΔE=0处有限的pdf。这种根本性变化意味着机械稳定性特性相对于外部应变的急剧转变。我们推导出精确的标度指数，其特征的大小的平均能量和应力下降的塑性事件作为系统大小的函数。
2010-08-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Active Jamming at Criticality
研究活性力或热涨落下二维活性软球系统的堵塞临界行为，发现其标度规律仍可由平均场描述，突显非晶结构的关键作用。
2023-09-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Universal mechanical instabilities in the energy landscape of amorphous solids: evidence from athermal quasistatic expansion
利用数值模拟的方法，研究了非晶态固体从均匀高密度态开始的准静态膨胀破坏。在体积膨胀过程中，我们证明了存在的不稳定性表现通过鞍结分岔，其中最小满足鞍。在所有这些事件中，海森矩阵的最小特征值作为平方根奇点消失。塑性不稳定性通过压力和能量的突然跳跃表现出来，当出现空腔时发生最大事件，导致材料屈服。我们发现，在空化和完全断裂之前，对应于塑性事件的压力或能量跳跃的统计显示子广泛的有限尺寸标度，类似于简单剪切的情况下，但具有不同的指数。因此，总的来说，我们的研究揭示了在任何准静态变形协议下的非晶态固体的机械故障的基本特征的普遍性。
2021-09-14 cond-mat.soft
Manifestations of metastable criticality in the long-range structure of model water glasses
水的亚稳相行为，包括多晶性（多个非晶态固体相），以及假设的液-液转变和相关的临界点，一直受到人们的关注。然而，这些现象之间的可能关系仍然没有完全了解。使用分子动力学模拟的现实的TIP 4P/2005模型，我们发现了一个惊人的签名的液-液临界点的水玻璃的结构，表现为显着增加的长程密度波动的压力接近临界压力。相比之下，这些签名是不存在的两个模型系统的眼镜，缺乏一个临界点。我们还通过非平衡指数的玻璃化后的偏离平衡的特点;水状系统表现出很强的压力依赖性，在这个度量，而简单的液体没有。这些结果反映了一个令人惊讶的关系之间的亚稳态平衡现象的液-液临界和非平衡结构的玻璃水，与我们的理解水相行为和玻璃物理的影响。我们的计算提出了一个可能的实验路线，探测水和其他流体中的液-液转变的存在。
2021-06-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Rare events and disorder control the brittle yielding of well-annealed amorphous solids
我们使用原子的计算机模拟提供了一个微观描述的非晶材料的脆性破坏，我们评估的作用，罕见的事件和淬火无序。我们认为，脆性屈服起源于罕见的软区，类似于无序系统中的格里菲斯效应。我们用数值方法演示了如何在这样的软区域局部塑性事件触发宏观破坏通过传播的剪切带。这一物理图像，不再持有不良退火韧性材料，使我们能够讨论有限尺寸效应在脆性屈服的作用，并加强屈服和其他无序控制的非平衡相变之间的相似性。
2022-07-11 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Distinguishing failure modes at the molecular level by examining heterogeneity in local structures and dynamics
脆性破坏在充分冷却到低于其玻璃化转变温度$T_g$的非晶材料中普遍存在。这种灾难性的失效模式在许多应用中限制了非晶材料，并且围绕它的许多基本问题仍然知之甚少。两个挑战阻碍了对在接近$T_g$的温度下的延性响应到在较低温度下的脆性失效之间的转变的更基本的理解，这两个挑战是i）缺乏捕获在实验中观察到的失效模式的计算上廉价的分子模型，以及ii）缺乏可以区分各种失效机制的定量度量。在这项工作中，我们使用分子动力学模拟捕捉玻璃形成的短链聚合物系统的韧性到脆性的转变，通过使用修改后的Lennard-Jones势来描述单体之间的非键相互作用。我们的特点是这种新的潜在的影响，宏观力学性能以及微观结构和动力学的差异在变形。最后，我们提出了区分不同故障模式的定量指标。
2019-03-31 cond-mat.soft
Disorder-assisted melting and the glass transition in amorphous solids
固体的机械响应取决于温度，因为原子和分子对变形的集体响应方式在不同程度上受到热运动的影响。这是固体科学的一个基本问题，在冶金、航天工程、能源等领域起着至关重要的作用。在玻璃中，随着温度的升高刚性的消失是玻璃化转变的逆过程。它仍然知之甚少，由于无序导致非平凡的（nonaffine）组件中的原子位移。我们的理论解释了非晶（无序）固体的熔化转变的基本机制，在晶格能量损失到这个nonaffine运动，相比之下，热振动原来只发挥了微不足道的作用。它预测的平方根消失的剪切模量$G\sim\sqrt{T_{c}-T}$在最近的数值模拟研究中观察到的临界。该理论也与无定形聚合物熔融的经典数据（在文献中找不到替代理论）非常一致，并为材料科学提供了新的机会。
2012-12-10 cond-mat.soft
Particle pinning suppresses spinodal criticality in the shear banding instability
应变的非晶态固体通常通过产生剪切带而机械失效。人们已经认识到，剪切带不稳定性在适当的热力学描述中被有效地描述为穿过亚稳点（无序）。然而，旋节线是否是关键的（具有不同的相关长度）仍然存在争议。在这里，我们提供了临界旋节的证据，通过使用粒子钉扎。对于有限浓度的钉扎粒子的相关长度是由钉扎粒子之间的平均距离，但没有钉扎它是由系统的大小。
2019-11-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Fatigue failure in glasses under cyclic shear deformation
通过计算机模拟研究循环剪切变形下玻璃的疲劳失效，发现失效时间在接近疲劳极限时呈幂律发散且依赖退火程度，累积损伤与失效时间存在幂律关系，可用于预测失效。
2024-09-25 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
From plastic flow to brittle fracture: role of microscopic friction in amorphous solids
软质无定形材料的塑性通常涉及在强烈剪切时出现的集体变形模式。无定形塑性的微观基础通常是通过“Eshelby”型事件的概念建立的，Eshelby型事件是通过非局部弹性型相互作用在周围材料中诱导流动的局部突然重排。尽管无序固体在尺度、微观成分或相互作用方面存在差异，但这种流动的普遍机制已经被提出。然而，我们认为，颗粒状固体中的摩擦相互作用的存在下，通过成核微剪切裂纹，不断聚结建立系统的跨越类地层故障的方法改变了流动的动力学。塑性到脆性的失效转变是唯一控制的程度的摩擦阻力，这是在本质上类似的作用，分离的突然和光滑的屈服制度在玻璃结构中的异质性。
2018-10-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other cond-mat.soft
Scaling Theory for Wöhler plots in amorphous solids under cyclic forcing
在机械工程中，维勒图用于测量材料断裂前的平均载荷循环次数，作为每个循环中最大应力的函数。虽然这种图在工程中流行了150多年，但缺乏对它们的理论理解。最近，在循环弯曲的背景下提供了Wöhler图的标度理论[1]。在这里，我们进一步阐述循环弯曲和扩展的考虑，以循环拉伸载荷的非晶材料条;缩放理论同样适用于这两种类型的循环加载。原子模拟的基础上，我们得出的结论是，重点关注的关键量是累积损伤和每个周期的平均损伤。这些量对载荷的依赖性决定了失效循环次数的统计。最后，我们考虑的概率分布函数的周期数失败，并表明，标度理论允许预测这些分布在一个值的强迫振幅从测量和另一个值。
2021-09-26 cond-mat.soft
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
Predicting plastic flow events in athermal shear-strained amorphous solids
我们提出了一种方法来预测一个通用的非晶态固体将失败的塑性响应（即不可逆变形）的外部应变的值，仅基于非线性弹性模量的测量。虽然通常被认为是根本不同的，与描述可逆的现象和塑性破坏的不可逆行为的弹性性能，我们表明，一些非线性弹性模量的知识是足够的预测塑性集。
2010-04-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Creep response of athermal amorphous solids under imposed shear stress
当施加的应力超过临界阈值时，屈服应力材料失效。对所施加的应力的众所周知的动态响应是蠕变现象，其中在失效或停止之前，累积变形随时间呈亚线性增长。使用广泛的分子动力学模拟，我们研究了这样的响应模型非晶系统，在无热极限，并探讨如何退火的初始状态的历史确定所观察到的行为施加剪切应力。此外，我们分析的微观动力学附近的产量阈值，使用大型系统，并表征的时空签名对逮捕或流动，在不同的尺度。
2023-03-08 cond-mat.soft
Determining the nonequilibrium criticality of a Gardner transition via a hybrid study of molecular simulations and machine learning
表观临界现象，通常由增长的相关长度和动力学慢化表示，在非平衡系统中普遍存在，例如过冷液体、非晶态固体、活性物质和自旋玻璃。确定这样的观察结果是否与平衡情况下的真正二阶相变相关，或者仅仅是交叉，并且测量相关的临界指数甚至更具有挑战性。在这里，我们表明，在三维硬球玻璃的模拟结果，是与最近的理论预测的加德纳转变，连续的非平衡相变是一致的。使用混合分子模拟-机器学习方法，我们获得了有限尺寸和老化效应的标度律，并确定了传统方法无法估计的临界指数。我们的研究提供了一种新的方法，是有用的，以了解玻璃化转变的性质，并可以推广到分析其他非平衡相变。
2021-02-12 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Activity-Induced Annealing leads to Ductile-to-Brittle Transition in Amorphous Solids
本文提出利用自驱动活性退火制备非晶玻璃，通过调控退火协议实现单轴拉伸下从韧性到脆性的失效模式转变，并揭示了样品几何形状对剪切带形成的影响，建立了活性驱动与剪切驱动玻璃之间的对应关系。
2023-05-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Rate dependent shear bands in a shear transformation zone model of amorphous solids
我们使用剪切转变区（STZ）理论开发的非晶态固体作为施加的剪切速率和初始材料制备的函数的变形图。STZ公式结合了最近的模拟结果[Haxton和Liu，PRL 99 195701（2007）]，表明稳态有效温度与速率有关。由此产生的模型预测了广泛的变形行为作为初始条件的函数，包括均匀变形，宽剪切带，极薄的剪切带，和材料失效的发生。特别是，STZ模型预测均匀变形较短的淬火时间和较低的应变速率，和不均匀变形较长的淬火时间和较高的应变速率。变形图上均匀流和非均匀流之间的过渡位置部分由稳态有效温度确定，这可能取决于材料。该模型还表明，材料失效的发生是由于剪切加热和局部无序之间的失控反馈，并提供了一个解释的剪切带的厚度附近的材料失效的发病。我们发现，这个模型，它解决了剪切材料界面内的动态，预测的应力减弱应变更迅速地比一个类似的模型，它使用一个单一的状态变量来指定内部动态的接口。
2008-11-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Universal avalanche statistics and triggering close to failure in a mean field model of rheological fracture
临界破坏的假设涉及到材料的结构本构方程中的极限稳定点的存在，在微观动力学中负责变形的特征尺度的发散。雪崩模型，包括临界故障确定了粘滑过程和断裂的共同普适性类。然而，并不是所有的经验失效过程都表现出临界性。材料的流变特性引入耗散，通常在概念模型中再现为系统的粗粒元素的硬化。在这里，我们调查瞬态硬化的影响（i）的活动率和（ii）雪崩的统计特性。在广义粘弹性的存在下，我们找到了瞬态硬化的显式表示，并解决了相应的平均场断裂模型。在准静态极限，加速能量释放是不变的流变学和雪崩传播可以重新解释的随机计数过程。一个单一的普适类可以从这样的类比中定义，所有的统计性质只取决于到临界点的距离。我们还证明，事件间的相关性出现由于硬化-即使在准静态极限-这可以被解释为“余震”和“前震”。
2018-01-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.geo-ph
Microscopic Mechanism of Shear Bands in Amorphous Solids
在非晶态固体中产生剪切带的剪切局部化的基本不稳定性，尽管在实验和理论上进行了大量的研究，但仍然是未知的。由于这是金属玻璃失效的主要机制，因此了解不稳定性对于找到如何稳定此类材料以防止剪切局部化的趋势是非常宝贵的。在这封信中，我们解释了剪切局部化剪切下的机制，这是外观的Eshelby样的四极奇点组织的非仿射塑性流动的非晶态固体到剪切带的高度相关线。我们证明了解析，这种高度相关的解决方案，其中$\C N$四极对齐相同的取向时，应变是足够高的最低能量状态。这条线与压应力成45度角。
2012-11-06 cond-mat.soft
Mean-field description of plastic flow in amorphous solids
非晶材料的破坏和流动是包括地震和滑坡在内的各种现象的核心。有越来越多的证据表明，流动和逮捕阶段之间的屈服过渡是一个临界现象，但相关的指数不理解，即使在平均场水平，流行的模型的有效性是有争议的。在这里，我们解决了一个平均场模型，捕捉广泛的分布所产生的塑性，其行为是有偏见的Lévy飞行附近的吸收边界的机械噪声。我们计算表征剪切变换密度的指数$θ$ $P(x)\sim x^θ$，其中$x$是它们屈服的应力增量。我们发现，各向同性热淬火后，$θ=1/2$。然而，$θ$连续地依赖于所施加的剪切应力，这种依赖性不是单调的，并且其在屈服应力处的值不是普适的。该模型合理化以前无法解释的意见，并捕捉合理的指数在三维的值。在四个维度的指数值准确地预测。这些结果支持了真正的平均场模型在大尺度下的适用性，并对屈服转变的性质提出了根本性的问题。
2017-07-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Models for the yielding behaviour of amorphous solids
理解固体的力学响应和破坏对于它们作为结构材料的应用是非常重要的。导致非晶态固体屈服的塑性形变的本质近年来一直在积极地研究。采用单向和循环变形协议的调查揭示了退火的程度上的屈服行为的强烈依赖。在退火的阈值程度以下，屈服的性质发生质的变化，逐渐变得更不连续屈服。在非晶态固体屈服的理论研究几乎完全集中在单向变形下的屈服，但循环变形揭示了几个有趣的功能，仍然在很大程度上未调查。专注于非热循环变形，我调查了一个家庭的能源景观描述的基础上的模型。这些模型再现了模拟中观察到的关键有趣的功能，并提供了一个有趣的阈值能量的存在的解释。
2020-12-12 cond-mat.soft
Jamming in confined geometry: Criticality of the jamming transition and implications of structural relaxation in confined supercooled liquids
在由壁限制的边缘堵塞的固体中，我们计算序参量$\left<Ψ(r)\right>$的粒子和系综平均值作为到壁的距离$r$的函数。作为固体中结构无序和粒子流动性的微观指标，$Ψ$根据定义是均方粒子位移在谐波近似下对温度增加的响应，并且可以直接从零温固体的振动的正常模式计算。我们发现，在受限堵塞固体，$\left<Ψ(r)\right>$曲线在不同的压力下可以崩溃到同一个主曲线以下的标度函数，表明堵塞过渡的临界性。标度坍缩表明在阻塞过渡区存在发散的长度标度和边缘不稳定性，这应该可以通过精心设计的实验来实现。此外，发现$\left<Ψ(r)\right>$在接近壁时被显著抑制，并且在垂直和平行于壁的方向上各向异性。这一发现可用于理解受限过冷液体中结构弛豫的$r$依赖性和各向异性，提供了从零温非晶态固体的角度理解或预测过冷液体行为的另一个例子。
2021-01-25 cond-mat.soft
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
Brittle yielding of amorphous solids at finite shear rates
随着静态玻璃的动力学稳定性增加，非晶态固体显示出韧性到脆性的转变，这导致在准静态方案中由宏观剪切带的突然出现控制的材料失效。我们数值研究有限变形率如何影响延性和脆性屈服行为，使用模型玻璃在二维和三维空间。我们发现，有限的剪切速率系统地提高了不良退火系统的应力过冲，而不一定产生剪切带。对于退火良好的系统，非平衡的不连续屈服过渡涂抹有限的剪切速率，它是伴随着多个剪切带的出现，也已在金属玻璃实验中报道。我们发现，带的典型尺寸和它们之间的距离增加代数与逆剪切速率。我们提供了一个动态的缩放参数相应的长度尺度，基于剪切带的变形速率和传播时间之间的竞争。
2019-12-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Yield conditions for deformation of amorphous polymer glasses
玻璃态聚合物的剪切屈服通常用压力相关的Tresca或von Mises屈服准则来描述。我们测试这些标准对分子动力学模拟的变形在无定形聚合物玻璃在三轴加载条件下，很难实现在实验中。本文介绍了将屈服点的几种标准定义推广到三轴载荷时的困难和含糊之处。两个定义，最大和偏移八面体应力，然后用于评估屈服应力的模型参数范围很广。在所有情况下，剪切的开始与压力修正的von Mises准则一致，并且压力系数几乎与许多参数无关。在三轴拉伸载荷下，破坏模式转变为空蚀。
2001-06-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Athermal creep deformation of ultrastable amorphous solids
本研究通过数值模拟揭示非晶材料稳定性影响蠕变变形：稳定样品呈S形非单调响应并形成剪切带，且发散时间尺度挑战现有理论，统一框架涵盖韧性至脆性材料。
2025-08-01 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The Yield-Strain in Shear Banding Amorphous Solids
在最近的研究中，人们发现，基本的剪切局部化不稳定性的非晶态固体在外部应变，最终导致剪切带和故障，由一个高度相关的阵列的Eshelby四极杆都具有相同的取向和一定的密度$ρ$。在本文中，我们解析计算的能量$E(ρ,γ)$与这种高度相关的结构作为密度$ρ$和外部应变$γ$的函数。我们发现，对于小于特征应变$γ_Y$的应变总应变能最初增加的四极密度的增加，但对于大于$γ_Y$的应变的能量单调下降的四极密度。我们鉴定$γ_Y$为产率菌株。其值由基于原子模型的四极强度值导出，与计算的应力-应变曲线一致，并与实验结果基本一致。
2012-11-06 cond-mat.soft
Cavitation instabilities in amorphous solids via secondary mechanical perturbations
已知非晶态固体会灾难性地失效，并且在某些情况下，纳米级空腔被认为在失效中起重要作用。在最近的一项工作中，利用数值模拟，我们已经显示了非晶态固体均匀膨胀下的空化和剪切下的屈服之间的对应关系。在这项研究中，我们探讨的稳定性的空间均匀状态采样的膨胀轨迹交替模式的驱动，即宏观循环剪切或局部随机变形通过活动。我们发现，在循环剪切和活动，空化不稳定性可以发生在膨胀状态下比纯均匀膨胀下的密度高得多，密度的移动是由二次变形的大小决定。我们还表明，能量景观上的空化障碍是小得多的循环剪切和活动比膨胀下看到的。此外，我们还分析了空泡的空间表现形式，并调查是否大规模的不可逆塑性，可以设置在由于膨胀和二次变形的组合。总的来说，我们的研究揭示了膨胀和其他变形模式之间的相互作用，导致空化不稳定性和存在丰富的松弛途径，这样的过程。
2023-03-08 cond-mat.soft
Sheared Amorphous Packings Display Two Separate Particle Transport Mechanisms
剪切颗粒材料引起非仿射位移。这种非仿射位移已经被广泛研究，并且已知与非晶填料的塑性和其他机械特征相关。一个众所周知的例子是剪切转变区，如由仿射变形的局部偏差$D^2_{min}$捕获的，以及它们与失效和应力波动的相关性。我们分析剪切摩擦非热磁盘包装，并表明，存在至少一个额外的介观运输机制，叠加在本地扩散运动的顶部。我们的证据表明，这第二次运输机制在一个均匀的系统，通过扩散张量分析，并表明，该扩散张量的痕迹等于经典的$D^2_{min}$时，这第二介观运输进行校正。新的运输机制是一致的观察到在很宽的体积分数范围内，甚至具有不同的摩擦系数的颗粒，并始终观察到剪切反转后，暗示其相关的记忆效应。
2020-12-12 cond-mat.soft
Topological Defects in Amorphous Solids
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；University of Montpellier and CNRS（蒙彼利埃大学与法国国家科学研究中心）；Chengdu University of Technology（成都理工大学）
研究非晶固体中拓扑缺陷的识别与应用，探讨其在机械响应和复杂时空动力学中的基础框架。
2026-09-22 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Necking and failure of a colloidal gel arm: signatures of yielding on different length scales
胶态凝胶由相互连接的臂的交联网络组成。它们的机械性能取决于单个臂和它们的集体行为。我们使用数值模拟来拉动单臂，该单臂由具有短程吸引力相互作用的模型胶体凝胶形成器构建。在伸长时，臂由于颈缩不稳定而断裂。我们分析这种行为在三个不同的长度尺度：流变连续模型的整个手臂;微观分析的颗粒结构和动力学;和局部应力张量。结合这些不同的测量给出了颈缩和失效的连贯画面：颈部的特征在于在接近臂的屈服应力的应力下发生的塑性流动。该臂具有非晶局部结构，并且具有来自其初始化的大的残余应力。我们发现，颈部的形成与增加的塑性流动，在局部结构的稳定性降低，并在残余应力的减少，这表明，{该}系统失去了它的固体特性，并开始表现得更像一个粘性流体。我们讨论了凝胶动力学模型的影响，这些结果。
2023-01-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Structural aging of a cohesive and amorphous granular solid under cyclic loading
University of Michigan（密歇根大学）；University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）
研究了在循环加载下，cohesive 和 amorphous 颗粒固体的结构老化现象，发现其强度和刚度提高但延展性降低，并表现出应力超量等不同特征。
2026-03-09 cond-mat.soft
Elastoplastic Modelling of Cyclic Shear Deformation of Amorphous Solids
Jawaharlal Nehru Centre for Advanced Scientific Research（贾瓦哈拉尔·尼赫鲁高级科学研究中心）
本文提出了一种基于能量景观的弹性塑性模型，用于研究无序固体在均匀和循环剪切下的行为，揭示了脆性到延性转变、巴舒奇格效应及屈服行为变化等现象。
2026-02-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Shear Banding in Amorphous Solids as a Nonlinear Screened Soft Mode Instability
Hangzhou International Innovation Institute, Beihang University（北京航空航天大学杭州创新研究院）；Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院理论物理研究所）；School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学物理科学学院）；Sino-Europe Complex Science Center, School of Mathematics, North University of China（中北大学数学学院中欧复杂科学中心）；Department of Chemical Physics, the Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所化学物理系）
提出一种非线性弹性理论，将塑性变形视为拓扑电荷，通过数值验证剪切带由塑性变形屏蔽的弹性场的非线性不稳定性导致，与断裂有本质区别。
2026-07-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Slow fatigue and highly delayed yielding via shear banding in oscillatory shear
本文在热弹塑性模型和软玻璃流变学模型中研究循环剪切非晶材料的屈服动力学，发现缓慢积累的应变不均匀性会引发以剪切带形式出现的突然灾难性屈服，并详细表征了失效前循环数对应变幅度、温度和退火程度的依赖关系。
2024-03-27 cond-mat.soft
Transforming mesoscale granular plasticity through particle shape
当非晶材料的应变超过屈服点时，它会通过耗散的雪崩式滑动事件进入持续重构状态，从而减轻累积的局部应力。然而，这些事件的统计数据如何取决于组成单位之间的地方互动仍然存在争议。为了解决这个问题，我们在颗粒材料上进行实验，我们使用颗粒形状来系统地改变相互作用。颗粒状材料，在恒定压力的边界条件下，被单轴压缩，而应力测量和内部重排与X射线成像。我们引入波动性，一个经济理论中的量，作为一个强大的新工具来量化压力波动的大小，发现系统的，形状依赖的趋势。对于所有22个调查形状的幅度$s$的松弛事件是很好的拟合截断幂律分布$P(s)\sim {s}^{-τ} exp(-s/s^*)$，已提出的塑性模型的上下文中。所有形状的幂律指数$τ$测试聚类在$τ=$ 1.5左右，实验不确定性范围为1.3 - 1.7。$τ$的形状独立性及其与平均场模型的兼容性表明，该系统的粒度，而不是颗粒形状，修改后的应力重分布的滑移事件远离连续弹性。同时，特征最大事件大小$s^*$变化两个数量级，并跟踪波动的形状依赖。因此，颗粒材料中的颗粒形状是影响无定形系统从无标度临界状态运行的距离的一个强大的新因素。这些实验结果没有捕获当前的模型，并建议需要重新检查的机制，驱动非晶系统中的介观塑性形变。
2018-12-21 cond-mat.soft
Critical packing in granular shear bands
在一个现实的三维设置，我们模拟了缓慢变形的理想颗粒介质组成的球体进行轴对称三轴剪切试验。我们遵循自发应变局部化过程的自组织导致剪切带，并证明存在一个临界堆积密度在这个故障区。由膨胀和压实的动态平衡所产生的渐近临界性被发现被限制在剪切带内，而剪切带外的密度保持初始堆积的记忆。剪切带的临界密度取决于摩擦力（和颗粒几何形状），在无限摩擦力的极限下，它定义了一种特定的堆积状态，即\emph{dynamic random loose packing}。
2007-01-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A Thermodynamic Framework for Additive Manufacturing, using Amorphous Polymers, Capable of Predicting Residual Stress, Warpage and Shrinkage
一个热力学框架已经开发了一类用于熔融沉积成型（FDM）的无定形聚合物，以预测残余应力和伴随的印刷部件的几何形状的变形（翘曲）。当聚合物熔体冷却时，温度的不均匀分布引起空间变化的体积收缩，从而导致残余应力的产生。通过在身体的运动学中引入各向同性的体积膨胀/收缩，将收缩并入框架中。我们表明，收缩参数也出现在系统推导的率型本构关系的应力。通过大幅增加熔体的粘度来模拟熔体在玻璃化转变温度附近的固化。为了说明导出的本构关系的有用性和有效性，我们考虑四个彼此堆叠的聚合物熔体带，例如使用扁平喷嘴挤出的那些：每一层立即铺设，并在另一层铺设之前冷却一秒钟。每一层冷却、收缩和翘曲，直到铺设新的一层，此时来自新铺设层的热量流动并加热底层。现有层和新铺设层的残余应力重新调整以满足平衡。层之间的这种机械和热相互作用导致残余应力的复杂分布。平面应变近似预测凝固部件的核心区域中的近等双轴拉伸应力条件，这意味着该区域中预先存在的裂纹可能在使用期间传播并导致部件失效。第一层和第二层之间的界面的自由端在具有分层倾向的平面中经受最大量的组合剪切和张力。
2021-02-07 cond-mat.soft physics.class-ph
Mechanical Properties and Plasticity of a Model Glass Loaded Under Stress Control
在理解非晶态固体的塑性和破坏方面取得的许多进展都是通过实验和模拟取得的，在这些实验和模拟中，材料是通过应变控制加载的。压力控制下的结果很少。在这里，我们提出了一种新的方法，仔细调整，允许在应力控制下加载在$T=0$或在任何其他温度下，使用蒙特卡罗技术。该方法被施加到一个模型完美的结晶固体，与拓扑缺陷污染的结晶固体，和一个通用玻璃。最高的屈服应力属于晶体，最低的是具有少量缺陷的晶体，玻璃介于两者之间。虽然玻璃比具有少量缺陷的晶体更无序，但它产生的应力比后者高得多。我们解释这一事实，通过考虑实际的微观相互作用，是典型的玻璃形成材料，指出的原因，更高的凝聚力性质的玻璃。本文的主要结论是：应力控制条件下的不稳定性与应变控制条件下的鞍结分岔是一致的。因此，人们可以用后一种情况来推断前一种情况。最后，我们讨论温度的影响，并评论所需的时间，看到一个应力控制的材料故障。
2014-06-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Fracture mechanical behavior of polymers: 1. Amorphous glassy state
对玻璃态聚合物的断裂行为进行了理论分析和实验研究。我们的双折射测量量化了在不同阶段的拉伸过程中在切割尖端的局部应力积累。基于聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），双酚A聚碳酸酯（PC）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），我们发现了几个关键的结果超出了现有的知识基础。(1)固有断裂强度和屈服强度σ_F（inh）和σ_Y（inh）与断裂应力和屈服应力（σ_b和σ_y）在量值上差别很小。(2)在接近切割尖端时，预切割附近的应力增强（SI）与线弹性断裂力学（LEFM）的理论描述偏离。(3)SI满足一个自然截止值，低于该值应力停止增加。(4)对于所有三种聚合物和不同的切口尺寸a，切口尖端的应力条带都显示出随远场载荷s 0近似线性增加的趋势。(5)从stip和KI之间的线性关系中出现了特征长度尺度P。（6）脆性聚合物的断裂韧性可用临界应力强度因子K_Ic = sigma_F（inh）（2*pi*P）~（1/2）表征，揭示了这两个关键量的相关性。(7)脆性玻璃聚合物如PMMA的临界能量释放率GIc由其断裂功wF（未切割试样的）和P的乘积确定。（8）在文献中定义为G_Ic/w_F的难以捉摸的断裂内聚长度Lfc自然地来自（7）中所述的G_Ic的新表达式，即，这些结果表明，大量的未来的工作是需要获得更多的了解与断裂和塑料的故障行为。
2021-12-17 cond-mat.soft
Connecting shear localization with the long-range correlated polarized stress fields in granular materials
非晶态固体中一个长期存在的难题是剪切局部化，其中局部塑性形变涉及在几个颗粒间距离的小区域中的合作颗粒重排，自组织成剪切带并最终导致材料失效。了解非晶态固体的结构和动力学之间的联系在物理学、材料科学、岩土工程和土木工程以及物理学中是必不可少的。在这里，我们展示了剪切局部化和内部应力在各向同性堵塞的颗粒材料受到剪切的内在结构之间的深层联系。具体来说，我们发现强（反）之间的相关性的微剪切带和两个极化应力场沿两个方向的最大剪切。通过探讨力网络的张量特征和旋转对称性，我们揭示了这种深刻的联系是剪切对称破缺的结果。最后，我们提供了坚实的实验证据长程相关的固有剪应力在各向同性堵塞颗粒系统。
2020-09-06 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Rheology and Shear Band Suppression in Particle and Chain Mixtures
使用数值模拟，我们认为一个无定形的颗粒混合物，表现出剪切带，并发现，即使是一小部分链的添加强烈增强了材料的强度，在应力-应变曲线中产生明显的过冲功能。强化发生在链最初垂直于剪切方向的情况下，导致剪切带的抑制。对于大应变，链迁移到剪切带形成的区域，导致应力下降。剪切带的链的对齐导致随后的反向剪切的Bauschinger效应。这些特征中的许多都可以在一个简单的模型中得到，即一条单链被拉过一种粘性材料。我们的研究结果也是有用的控制和加强颗粒材料对失败的方法提供见解。
2012-07-16 cond-mat.soft
