Fifth-degree elastic potential for predictive stress-strain relations and elastic instabilities under large strain and complex loading in Si
在复杂载荷下的材料产生大的应变，并且通常通过弹性不稳定性转变，如在简单和复杂系统中所观察到的。在这里，我们提出了硅我在大应变的拉格朗日应变方面的$5^{th}$阶弹性势通过最小化误差相对于密度泛函理论（DFT）的结果。任意复杂载荷下的Cauchy应力-Lagrangian应变曲线与密度泛函理论（DFT）结果吻合良好，包括驱动Si I $\rightarrow$ II相变（PT）的弹性不稳定性和剪切不稳定性。PT条件下的Si I $\rightarrow$ II的作用下的立方轴向应力是线性的柯西应力与DFT预测。这样的弹性势允许研究弹性不稳定性和取向依赖性，导致不同的PT，滑移，孪生，或断裂，提供了一个基本的基础，连续模拟极端负载下的晶体行为。
2020-02-14 cond-mat.mtrl-sci
Branching Instabilities in Rapid Fracture: Dynamics and Geometry
我们提出了一个理论模型的分支不稳定性在2维骨折，提供预测裂纹分支时发生，多个裂纹如何发展，以及什么是多个分支的几何形状。该模型是基于裂纹尖端的运动方程，它只依赖于随时间变化的应力强度因子。后者是通过调用静态和动态应力强度因子之间的近似关系，以及静态的基本上精确的计算。该模型的结果与大量的实验数据吻合良好。
2004-10-18 cond-mat.mtrl-sci
Model of surface instabilities induced by stress
我们提出了一个模型的基础上的金斯堡-朗道方法来研究一个非流体静力学应力的固体，通常在薄膜生长中观察到的自由界面处的应变消除机制。演化的不稳定性，被称为Grinfeld不稳定性，在二维和三维数值研究。描述中固有的是对非线性的适当处理。我们发现这些非线性可以导致界面结构的竞争性粗化，对应于不同的波数，应变被解除。我们提出了实验测量这种粗化的方法。
1998-06-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
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
On the effect of strain and triaxiality on void evolution in a heterogeneous microstructure -- A statistical and single void study of damage in DP800
为了提高对机械非均匀微观结构（如双相钢）中损伤演化的理解，施加应力状态的影响是一个关键因素。在这项工作中，我们研究了全球施加的应力状态的损伤演化在这样的微结构的影响。经典的损伤模型允许基于各向同性连续体材料的考虑来预测变形过程中的损伤。在这里，我们调查他们的有效性，在一个双相微结构，是局部占主导地位的微观结构形态的复杂性的基础上，在不同的应力状态下形成的数千个单独的空隙的统计合奏。为此，我们结合了一个包含损伤形成的校准材料模型，以评估具有不同凹口几何形状的样品中的局部应力状态，并使用基于深度学习的自动显微图像分析对大面积的高分辨率电子显微镜进行检测和分类。这使我们能够获得变形过程中的连续应力状态和单个空隙形成的统计相关数据。我们发现，所施加的塑性应变是对总数的主要影响，因此，新的空隙的成核，而三轴度与中值空隙尺寸，支持其建议的影响空隙增长。相比之下，合并的空洞导致故障出现相关的剪切带形成的形式的局部不稳定性，因此，只有间接确定的全球应力状态，因为它决定了全球的分布，密度和尺寸的空洞。
2020-06-04 cond-mat.mtrl-sci
Macroscopic elastic stress and strain produced by irradiation
利用本征应变的概念，在暴露于高能中子辐照的材料中形成的缺陷所产生的，我们开发了一种方法来计算宏观弹性应力和应变所产生的组件在操作过程中的聚变发电厂。在微观结构各向同性材料中，宏观弹性应力和应变场的主要原因是中子照射量的空间变化。我们发现，在无牵引边界条件下，体积平均弹性应力总是消失，这意味着形成了一个空间异质性应力状态，在同一个组件的不同位置结合压缩和拉伸弹性形变，并导致完全从辐射曝光的空间变化。几个案例研究有关的聚变发电厂的设计进行了分析和数值计算，显示出空间变化的分布缺陷产生显着的弹性应力在离子辐照的薄膜，加压圆柱形管和繁殖毯模块。
2021-10-15 cond-mat.mtrl-sci
Finite-Temperature Atomistic and Continuum Stress Fields of Coherent Precipitates with a Small Lattice Misfit
本研究比较了BCC Fe-Cr体系中共格析出物的原子模拟与连续介质弹性模型应力场，二者吻合良好，并强调了弹性效应对小失配体系Gibbs-Thompson效应的重要性，同时讨论了较大失配下的建模挑战。
2024-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Metastability effects in strained and stressed SrTiO3 films
采用密度泛函理论，从第一性原理出发，计算了SrTiO 3薄膜在[001]和[110]轴上受到外延应变和机械应力作用时的基态序列.在固定应变边界条件下，衬底的晶格参数的增加导致基态的$I4cm \to I4/mcm \to Ima2 \to Cm \to Fmm2 \to Ima2$（II）序列。在固定应力边界条件下，相序是不同的，取决于如何施加应力。据透露，同时存在的竞争的铁电和反铁电畸变的不稳定性SrTiO 3引起的亚稳相，其数量显着增加下的固定应力条件下的外观。在亚稳相，八面体的旋转模式显示出显着不同的那些在基态。有人建议，在系统中的竞争不稳定性，每个极性相有其最佳的八面体旋转模式，稳定这一阶段，并创建一个潜在的障碍，防止这一阶段被转化为其他结构。
2016-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Microstructural topology effects on the onset of ductile failure in multi-phase materials - a systematic computational approach
多相材料是现代工程应用的关键。它们通常以高强度和延展性为特征。这些材料中的许多材料由于通常较软的基质相的韧性断裂而失效。在这项工作中，我们系统地研究了相的排列的影响相关联的微观结构的两相材料的韧性破坏的发病。确定一个拓扑特征，其中始终指示临界损坏水平。它由一个小区域的基质相与颗粒的硬相两侧的方向，这取决于所施加的变形。由于这种结构，在基体内部观察到大的拉伸静水应力和塑性应变，表明高损伤。对于某些多相材料，这种拓扑特征在某种程度上已经被认识到。然而，这项研究提供了有关力学的见解，包括载荷条件的影响和特征周围材料中相的排列。此外，参数研究进行探索的体积分数和硬度的夹杂物相的影响。对于相同的宏观硬化响应，预测的延展性增加，如果硬质相的体积分数增加，而在同一时间，其硬度降低。
2016-04-11 cond-mat.mtrl-sci
Microstructural and Mechanistic Insights into the Tension-Compression Asymmetry of Rapidly Solidified Fe-Cr Alloys: A Phase Field and Strain Gradient Plasticity Study
本研究提出结合相场与应变梯度塑性的框架，揭示快速凝固Fe-Cr合金中位错亚结构和背应力导致拉压不对称性，高冷却速率增强该效应。
2024-05-17 cond-mat.mtrl-sci
Elucidating microstructural influences on fatigue behavior for additively manufactured Hastelloy X using Bayesian-calibrated crystal plasticity model
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；University of Oxford（牛津大学）
提出基于贝叶斯优化的晶体塑性模型校准方法，利用增材制造Hastelloy X疲劳数据，在75次迭代内高效校准，并揭示屈服和背应力参数主导应力-应变响应，大直径高Schmid因子晶粒为失效关键位置。
2024-12-06 cond-mat.mtrl-sci cs.CE cs.LG
Accelerated multiscale mechanics modeling in a deep learning framework
针对传统多尺度有限元方法微观计算量大、难以应用的问题，提出基于U-Net深度CNN的ML驱动多尺度力学建模方法，可大幅降低计算成本，适用于复杂异质材料的多尺度分析及相关工程应用。
2022-12-30 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
Non-Schmid Effects In Perfect Single Crystal Metals At Zero Temperature
金属晶体塑性的一个长期存在的假设是，一旦滑移面上的分解剪应力达到临界值，屈服开始。这一假设，称为施密德定律，意味着塑性的开始与作用在滑移面上的法向应力无关。我们研究这一假设的有效性在单晶完美晶格在零温度下，使它们受到广泛的组合正常和剪切应力，并确定塑性的发病。我们采用声子稳定性分析四个不同的单晶金属和确定的发病可塑性的发病不稳定。结果表明，屈服对正应力有显著的依赖性，从而说明了在晶体塑性中考虑非Schmid效应的必要性。最后，相反的共同假设，在单晶体中的不稳定性是长波长的类型，我们表明，短波长的不稳定性是丰富的成核缺陷的负载条件范围很广。
2017-04-26 cond-mat.mtrl-sci
The free surface of a colloidal chiral fluid: waves and instabilities from odd stress and Hall viscosity
在简单的流体中，如水，宇称和时间反演对称下的不变性迫使组成“原子”的旋转由流动决定，粘性应力阻尼运动。通过旋转其原子构建块来激活流体的旋转自由度打破了这些约束，因此一直是经典和量子流体的基本理论兴趣的主题。然而，创建一个模型液体，隔离手性流体动力学现象仍然是实验难以捉摸。在这里，我们报告创建一个有凝聚力的二维手性液体组成的数以百万计的旋转胶体磁铁，并研究其流动。我们发现，耗散粘性边缘泵是一个关键和一般的机制，手征流体动力学，驱动单向表面波和不稳定性，在传统的流体中没有对应的。手性表面动力学的光谱测量揭示了霍尔粘度的存在，实验长期寻求的手性流体的属性。精确的测量和与理论的比较表明，与最小但完整的手征流体动力学模型非常吻合，为手征流体动力学的实验探索铺平了道路。
2018-12-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.flu-dyn
Period fissioning and other instabilities of stressed elastic membranes
我们研究了当沿拉伸方向的平移对称性被破坏时，同时施加拉伸力和压缩力的弹性膜的形状。我们预测了大量的新的形态相在各种制度的2维参数空间$(ε,ν)$，定义了相关的机械和几何条件。这些参数分别是压缩与拉伸之间的比率和沿拉伸方向的波长对比度。特别是，我们的理论相关联的图案周期性的重复增加，最近观察到的褶皱膜漂浮在液体上，并受到毛细作用力，在政权（$ε\ll 1,ν\gg 1$）的张力是占主导地位的波长对比度是大的形态。
2009-01-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft math-ph
Investigating amorphization as a deformation mechanism using a novel phase field model at the mesoscale
该研究提出介观尺度相场模型，结合弹塑性与偏应力相关相变应变，定量预测应力诱导非晶化，揭示雪崩式非晶化、晶粒尺寸及Hall-Petch效应，为抗极端条件材料设计提供框架。
2025-06-02 cond-mat.mtrl-sci
Competing damage mechanisms in a two-phase microstructure: how microstructure and loading conditions determine the onset of fracture
本文研究了两相材料微观结构中韧性软相和相对脆硬相的断裂竞争。一个简单的微观结构模型被用来预测宏观断裂起始。该模型的简单性确保了高效的计算，使全面的研究：大范围的硬相体积分数和屈服应力比，广泛的应用应力状态。这些参数的每个组合使用一个大的（随机）微观结构进行分析。据观察，只有一个阶段占主导地位的宏观断裂起始：在低应力三轴度的软相是占主导地位的，但以上的临界三轴度的硬相接管导致在一个强烈的下降的延展性。这种转变强烈依赖于微观结构参数。如果硬相体积分数小，则即使在高相衬下，断裂起始也由软相主导。在较高的硬相体积分数下，硬相已经在低相衬下占主导地位。因此，这个简单的模型调和了文献中特定参数组合的实验观察结果，这些参数组合可能在过去引发了相互矛盾的陈述。微观分析表明，两种失效机制的裂纹萌生点附近的平均相分布几乎相同。沿着拉伸方向，发现硬相区域直接靠近断裂起始位点。这种硬相的“带”被与剪切对齐的软相的“带”穿过断裂起始部位。显然，无论断裂起始于软相还是硬相，局部机械不相容性对于断裂的起始是占主导地位的。
2016-12-05 cond-mat.mtrl-sci
A microstructure-sensitive electro-chemo-mechanical phase-field model of pitting and stress corrosion cracking
本文提出一种微结构敏感的电-化学-力学相场模型，通过引入晶体取向依赖性和双电层边界条件，揭示了多晶微结构对点蚀与应力腐蚀缺陷形态和动力学的显著影响。
2024-03-29 cond-mat.mtrl-sci cs.CE physics.app-ph
Elastic properties of silicene: Spinodal instabilities
本研究利用经密度泛函理论校准的紧束缚分子动力学模拟，分析硅烯在温度与双轴应力下的弹性演化，并确定其旋节失稳临界条件。
2025-05-13 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Stress-driven phase transformation and the roughening of solid-solid interfaces
应力对多相固液体系的作用常常导致形态不稳定。在这里，我们提出了一个固-固相变模型粗糙不稳定性的两个多孔材料之间的界面具有不同的孔隙率在正常的压缩应力。这种不稳定性是由界面上自由能量密度的有限跳跃触发的，它导致形成与压实主方向一致的指状结构。该模型被提出作为一个解释粗糙化的stylelae-不规则的接口与压实的沉积岩，波动的平面垂直于压实的主要方向。
2007-11-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Writhing and hockling instabilities in twisted elastic fibers
细长弹性纤维的屈曲和扭转是一个深入研究的领域。相对于固定端扭转的细长弹性杆将自发地形成环，或称为环，以减轻所产生的扭转应力。进一步的扭曲导致了原丝体的形成--纤维中的螺旋偏移随着额外的扭曲而延伸。在这里，我们使用一个理想化的，微米尺度的实验来调查的能量存储，并随后释放，由hockles和plectonemes，因为他们被拉开，在类似的力光谱研究的DNA和蛋白质折叠。咬合和解咬合中的滞后环告知了扭曲纤维结构中储存的能量。
2021-07-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Telephone-cord instabilities in thin smectic capillaries
最近在近晶相液晶毛细管中观察到了电话线图案。在本文中，我们分析了可能导致他们的影响。只要毛细管保持其线性形状，我们表明，一个非零的手征性α-螺距有利于SmA*-SmC* 过渡。然而，无论是弯曲节距还是固有弯曲应力的存在都不能产生弯曲的毛细管形状。电话线不稳定性的关键因素是自发极化。自发极化的SmA* 的自由能最小值是在平面毛细管上获得的，其特征在于非零曲率。更有趣的是，在SmC* 阶段的分子倾斜和自发极化的综合效果推向螺旋状毛细管形状，与非零曲率和扭转。
2004-10-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Interplay of internal stresses, electric stresses and surface diffusion in polymer films
我们调查两个弹性聚合物薄膜的不稳定机制，并把它们纳入一个一般的框架：第一，由于面内应力和第二，由于外部施加的电场垂直于膜的自由表面的不稳定性。如最近所示，聚合物膜通常由于不平衡的制造工艺（例如旋涂）而受到应力。通过从固体中已知的Asaro-Tiller-Grinfeld机理，该系统可以通过聚合物的表面扩散使其表面起伏从而松弛应力来降低其能量。另一方面，电场的应用在实验上被广泛用于结构薄膜：当电麦克斯韦表面应力克服表面张力和弹性回复力时，系统以由膜厚度确定的波长波动。我们开发了一个理论，同时考虑到这两种机制，并讨论它们的相互作用和在基板和自由表面的边界条件的影响。
2011-02-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Extending intergranular normal-stress distributions using symmetries of linear-elastic polycrystalline materials
本研究针对多晶材料晶间法向应力分布计算繁琐的问题，提出利用材料对称性和统计矩不变量，通过少量现有分布提取参数即可重构任意载荷下的INS分布，方法准确可行。
2024-01-30 cond-mat.mtrl-sci physics.class-ph
Global Stress Generation and Spatiotemporal Super-Resolution Physics-Informed Operator under Dynamic Loading for Two-Phase Random Materials
School of Civil Engineering, Tongji University（同济大学土木工程学院）；The State Key Laboratory on Disaster Reduction in Civil Engineering, Tongji University（同济大学土木工程防灾国家重点实验室）
本文针对动态载荷下两相随机材料应力场时空分辨率不足的问题，提出结合STS-diffusion生成模型与ST-SRPINN物理信息无监督超分辨率算子的框架，实现全局应力生成及任意倍数的时空超分辨率重建。
2025-04-26 cond-mat.mtrl-sci cs.AI cs.LG
