Damage and Healing in Fatigue Fracture
本文对沥青在循环压缩下的疲劳破坏进行了试验和理论研究。改变载荷幅度，实验揭示了一个有限的疲劳极限，低于该极限，试样不会断裂，而接近材料的拉伸强度时，会发生快速失效。在中等载荷范围内，寿命随载荷的增加呈幂律下降。我们介绍了两种新的理论方法，即纤维束模型和保险丝模型，并表明，两者都捕捉到沥青的疲劳破坏的主要微观机制，提供了一个很好的协议与实验结果。模型计算表明，损伤累积和愈合的微裂纹的竞争引起了新的标度律的疲劳失效。
2006-07-24 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
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
Data-Driven Rate-Dependent Fracture Mechanics
我们扩展了Carrara等人（2020），数据驱动断裂力学，Comp. Meth.应用机械工程师，372到率相关断裂和亚临界疲劳。该问题是制定相结合的平衡控制方程源于变分原理与一组数据点，编码的断裂本构行为的材料。该解决方案被发现的数据点，最好地满足亚稳定性条件的变分过程，并遵循基于最近点投影的距离最小化方法。采用不同类型的率相关断裂和疲劳模型的影响或不受白噪声的不同设置的方法进行了测试。
2021-03-23 cond-mat.mtrl-sci
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
Fracture and Fatigue of Thin Crystalline SrTiO$_3$ Membranes
各种二维材料的日益可用性在纳米工程和纳米力学领域产生了巨大的增长。薄膜合成的最新进展使得能够制造可容易地并入纳米机械装置中的独立式功能氧化物膜。虽然许多氧化物在本体中是非常脆的，但最近的研究表明，与它们的本体对应物相比，它们在薄膜形式下可以更坚固地断裂。在这里，我们调查的极限拉伸强度的SrTiO $_3$膜探测独立SrTiO $_3$鼓面使用原子力显微镜。我们表明，SrTiO $_3$膜可以承受的弹性形变的平均应变为~6%，在子20 nm的厚度制度，这是超过一个数量级超出散装限制。我们还表明，这些膜是高弹性的高周疲劳测试后，存活高达10亿次循环的力调制在其断裂应变的85%，证明了其在纳米机械应用的高潜力。
2021-07-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Universality behind Basquin's law of fatigue
与时间相关的断裂的最重要的标度律之一是疲劳的Basquin定律，即系统的寿命随着外部载荷幅度$t_f\sim σ_0^{-α}$的减小而按幂律增加，其中指数$α$具有很强的材料依赖性。我们发现，尽管广泛的分散的Basquin指数$α$，非均质材料的疲劳断裂表现出有趣的普遍特征。基于随机断裂模型，我们提出了一个通用的宏观变形的标度形式，并表明，在疲劳极限的系统发生连续的相变时，改变外部负载。在微观上，疲劳断裂是以普适的幂律分布为特征的破裂过程。我们证明，在一系列的系统，包括沥青的变形，一个现实的变形模型，和纤维束模型，系统相关的细节包含在Basquin的指数故障时间，一旦考虑到这一点，其余的故障特征是普遍的。
2008-01-23 cond-mat.dis-nn 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
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
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
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
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
Defect-based characterization of the fatigue behavior of additively manufactured titanium aluminides
对增材制造的铝化钛合金TNM-B1在完工和热等静压（HIP）条件下的微观结构和机械性能进行了表征。在室温和800 °C下进行拉伸和恒幅测试。使用断口扫描电镜图像，识别了裂纹诱导缺陷。通过热等静压，可以减少缺陷数量和尺寸，使疲劳强度提高43%至500 MPa。采用Murakami和Shiozawa的模型方法，将疲劳寿命与局部应力强度因子相关联，并将其描述为应力幅值以及裂纹缺陷的大小和位置的函数。
2022-03-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
Impact of microstructure, temperature and strain ratio on energy-based low- cycle fatigue life prediction models for TiAl alloys
本文利用单轴低周疲劳试验结果，对两种疲劳寿命预测模型进行了TiAl金属间化合物的试验研究。两种评估都是基于耗散能量，但其中一种考虑了静水压力校正。这项工作允许确认，在这种材料上，线性性质，已经注意到硅钼铸铁，TiNi记忆合金和304 L不锈钢，耗散能量，校正或不与静水压力，根据失效的循环次数。这项研究还强调，首先，耗散能模型在这里更适合于估计低周疲劳寿命，其次，内部参数，如微观结构以及外部参数，如温度或应变比有预测结果的影响。
2012-01-19 cond-mat.mtrl-sci
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
Low cycle fatigue of a nickel based superalloy at high temperature: deformation microstructures
报道了一种单晶镍基高温合金（AM 1）在950 $^\circ$ C高温疲劳下的显微组织特征。对于重复疲劳（R $_\varepsilon$ =0），通过施加总应变幅$Δ\varepsilon^t$的循环次数N的范围，发现两种主要类型的行为取决于N和$Δ\varepsilon^t$。这允许构造微结构对循环次数N和$Δ\varepsilon^t$的映射。称为A的域呈现各向异性微观结构，这是由于在整个k通道中塑性的分区，或者由于所谓的N型（筏垂直于加载轴）的k%沉淀物的定向粗化。称为H的域显示均匀的变形微观结构。在重复疲劳中观察到的粗化占的基础上提出的模型在文献中的Véron。交替疲劳（R $_\varepsilon$ = -1）也会导致相同类型的粗化，即使循环次数非常少（N=113）。观察到的微观结构归因于内应力效应，并与可能的剪切沉淀物和不同的扩散过程。
2021-10-12 cond-mat.mtrl-sci
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
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
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
Low-cycle fatigue of a nickel-based superalloy at high temperature: Simplified micromechanical modelling
本文主要研究镍基高温合金$γ/γ'$ AM 1高温低周疲劳的细观力学模型。活化滑移系统的性质在不同类型的通道的$γ$相进行了分析，考虑到施加的和内部的应力的综合影响。后者分为两个贡献，失配应力和弹性$γ'$阶段和弹塑性$γ$阶段之间的相容性应力，这是在一个简化的复合材料的方法估计。内应力可以诱导滑移活动和/或由其松弛，这导致在增加的施加应力下不同通道中的滑移激活事件的复杂序列。考虑到这些影响，可以预测[001]拉伸、压缩和低周疲劳过程中通道内活动滑移系的性质和分布。所得到的微观结构的行为及其后果的各向异性性质的聚结的$γ'$沉淀物进行了讨论相对于现有的实验数据。
2021-09-06 cond-mat.mtrl-sci
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
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
FIP-GNN: Graph neural networks for scalable prediction of grain-level fatigue indicator parameters
提出图神经网络FIP-GNN，通过预测晶粒级疲劳指示参数并泛化至大体积微观结构，为高周疲劳建模提供高效且统计严谨的计算方案。
2024-10-16 cond-mat.mtrl-sci
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
Use of a nanoindentation fatigue test to characterize the ductile-brittle transition
考虑磨矿时，尺度效应导致脆性固体中塑性形变与断裂之间的竞争。这种竞争可以用材料的临界尺寸来描述，这是材料韧脆转变的特征。第一种方法，使用维氏压痕给出了一个很好的近似的临界尺寸通过外推从宏观到微观尺度。纳米压痕测试证实了这一实验值。根据晶粒尺寸与晶粒尺寸的比较，可以合理地说，损伤模式是变形诱导的晶内微断裂。该技术还能够执行循环压痕以检查方解石的抗疲劳性。重复加载与纳米压头上的碳酸钙多晶样品产生累积的机械损伤。它还表明，韧性和脆性行为之间的过渡取决于压痕循环的数量。当材料暴露于疲劳过程时，延性域可以减少。
2008-08-03 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
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
Fatigue Deformation of Polycrystalline Cu Using Molecular Dynamics Simulations
采用分子动力学（MD）模拟方法研究了晶粒尺寸为5.4 nm的多晶Cu的疲劳变形行为。采用Voronoi算法制备了具有随机晶粒取向的样品。疲劳模拟是通过采用完全反向的、总应变控制的循环载荷进行的，应变幅度为$\pm4$ \%，持续10个循环。MD模拟结果表明，在循环载荷作用下的变形行为是由部分位错包围层错的滑移控制的。在较高的循环次数，晶界迁移导致粗化的较大晶粒的代价较小的晶粒已被观察到。讨论了循环应力-应变行为、变形机制和位错密度随循环变形的变化规律。
2016-11-08 cond-mat.mtrl-sci
A phase field model for high-cycle fatigue: total-life analysis
我们提出了一个广义相场公式预测金属的高周疲劳。提出了不同的疲劳退化函数以及新的损伤累积策略，以解释（i）典型的S-N曲线斜率，（ii）疲劳耐久极限，以及（iii）平均应力效应。数值实现利用了一个有效的拟牛顿单片解决方案的战略和虚拟S-N曲线计算光滑和缺口样品。与实验结果的比较表明，该模型可以准确地预测疲劳寿命和疲劳极限，以及自然捕捉的应力集中系数和载荷比的影响。
2023-02-01 cond-mat.mtrl-sci cs.CE physics.app-ph
Fatigue Behavior of High-Entropy Alloys
本文综述近十年高熵合金疲劳行为的研究进展，涵盖多细分方向的实验与理论成果，分析加工及测试方法的影响与预测模型准确性，指出待解决问题与未来研究方向。
2025-02-22 cond-mat.mtrl-sci
On plastic deformation and fracture in Si films during electrochemical lithiation/delithiation cycling
对锂离子电池电极材料硅的变形、断裂和疲劳行为进行了原位研究。硅的薄膜（100-200 nm）在半电池配置中循环，其中锂金属箔作为反电极/参比电极，具有在碳酸亚乙酯、碳酸二亚乙酯、碳酸二甲酯溶液（1：1：1，wt.%）中的1 M六氟磷酸锂。作为电解质。在电化学锂化和脱锂过程中的Si薄膜电极中的应力演化是通过使用多光束光学传感方法监测衬底曲率来测量的。应力测量值已被校正的贡献，从残余应力所产生的沉淀沉积。本文提出了一种间接估算固体电解质界面层和表面电荷对应力测量的潜在误差的方法。薄膜在锂化和脱锂过程中发生了广泛的非弹性变形。锂化过程中的峰值压应力为1.48 GPa。应力数据与电子显微镜观察结果一起用于估计锂化硅的上限断裂阻力，约为9-11 J/m^2。断裂起始和裂纹密度演化作为循环数的函数也被报道。
2013-09-08 cond-mat.mtrl-sci
A multi-scale probabilistic methodology to predict high-cycle fatigue lifetime for alloys with process-induced pores
本文提出一种多尺度概率方法，结合逐单元应变-寿命模型与有限元统计建模，预测含未知分布孔隙合金结构的高周疲劳寿命，所需标定数据更少且能反映统计尺寸效应。
2024-09-26 cond-mat.mtrl-sci cs.CE
The effects of H blistering and ELMs on the thermal fatigue cracking of W by strikepoint sweeping
Dutch Institute for Fundamental Energy Research（荷兰基础能源研究所）；Max Planck Institute for Plasma Physics（马普等离子体物理研究所）
H植入延缓W裂纹产生，ELM预裂纹与扫过结合导致局部熔化和滴落形成，研究揭示了等离子体接触面热疲劳机制。
2025-12-03 cond-mat.mtrl-sci physics.plasm-ph
Microstructure-based fatigue life model of metallic alloys with bilinear Coffin-Manson behavior
提出了一种基于微观结构的多晶金属合金疲劳寿命预测模型，该模型具有双线性Coffin-Manson关系。该模型是基于在确定的最大值的疲劳指标参数获得的塑性能量消耗循环中的微观结构。疲劳指标参数通过使用晶体塑性有限元模型的微结构的代表性体积单元的计算均匀化而获得。基于微观结构的模型被应用于预测在400 $^\circ$ C下的IN 718的低周疲劳行为，其表现出双线性Coffin-Manson关系，假设该行为是由从低周应变幅下的高度局部化塑性到高周应变幅下的更均匀变形的转变触发的。模型预测与实验结果非常吻合的一个广泛的循环应变振幅和两个应变比（$R_ε$ = 0和-1），并证实了最初的假设。此外，他们提供了一个微观力学解释的影响，应变比的疲劳寿命在低循环应变幅。
2017-11-06 cond-mat.mtrl-sci
Experimental and numerical analysis of cyclic deformation and fatigue behavior of a Mg-RE alloy
Mg-1 Mn-0.5Nd合金的应变控制疲劳合金进行了实验和模拟研究。显微组织由分散的强织构晶粒（13%）嵌入具有随机织构的晶粒基体中组成。循环应力-应变曲线显示有限的拉压各向异性，因为有限的织构。由于孪晶的存在，压缩下的循环硬化和拉伸下的循环软化发生。此外，断裂试样的孪晶体积分数取决于试样是在拉伸还是压缩下断裂，表明在整个疲劳寿命期间都会发生孪晶-去孪晶。采用计算均匀化方法模拟了多晶合金的力学响应。使用现象学晶体塑性模型对Mg晶粒的行为进行建模，该模型考虑了基底、棱柱和锥体滑移（包括各向同性和运动硬化）以及孪晶和去孪晶。模型参数由不同循环应变幅下的循环应力-应变曲线标定。数值模拟被用来了解占主导地位的变形机制，并预测疲劳寿命的疲劳指标参数的基础上，在每个疲劳周期的累积塑性剪切应变的装置。
2020-10-06 cond-mat.mtrl-sci
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
High Cycle S-N curve prediction for Al 7075-T6 alloy using Recurrent Neural Networks (RNNs)
Aryan Patel（独立研究者）
针对铝合⾦高周疲劳S-N曲线表征耗时成本高的问题，提出基于LSTM的迁移学习框架，用轴向疲劳数据训练模型迁移预测高周扭转S-N曲线，可降低测试成本并优化测试优先级。
2025-10-02 cond-mat.mtrl-sci cs.LG physics.app-ph
The role of β-titanium ligaments in the deformation of dual phase titanium alloys
多相钛合金是高价值工程部件的关键材料，例如航空发动机。在机械加工过程中，通过界面工程利用微观结构的复杂性，显著提高抗疲劳性、抗断裂性和强度。在这项工作中，我们探讨的作用，选择接口使用原位微机械测试与并发观察高角分辨率电子背散射衍射（HR-EBSD）。我们的结果得到了死后透射电子显微镜（TEM）的支持。使用微柱压缩，我们对选择的β-钛（体心立方）韧带的作用进行了深入分析，这些韧带将相邻的α-钛（六方密堆积）区域分开，并在机械变形过程中抑制位错运动和冲击强度。这些结果揭示了强化机制和那些可能导致应变局部化在疲劳和故障。
2019-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Deformation mechanisms in a TiNi shape memory alloy during cyclic loading
研究了TiNi记忆合金的循环应力-应变行为的变形机制。为了了解这些机制在循环加载过程中的发展，进行了三次低周疲劳试验，并在不同阶段停止。第一次测试在第一次循环后停止;第二次测试在40次循环后停止，对应于循环应变-应力行为的稳定化开始;最后一次测试进行至失效（3324次循环）。TiNi记忆合金在疲劳载荷作用下的响应呈现典型的伪弹性响应。两种变形机制，确定TEM观察，突出显示，第一个由孪晶和第二位错滑移及其与沉淀物的相互作用。这两种机制在循环加载过程中不存在竞争。还检查了合金的纳米力学性能，并监测了显微硬度或压痕模量的演变。
2013-01-08 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
Unique Ferroelectric Fatigue Behavior and Exceptional High Temperature Retention in Al0.93B0.07N Films
本文报道了新型纤锌矿铁电体Al 1-xBxN薄膜的疲劳和保持行为，重点是电容器结构的作用。通过修改电容器的架构，从而热和电的边界条件，我们创建洞察力的内在和外在的贡献者的退化趋势的相对重要性。我们的实验表明，双极循环的金属（Pt/W）/Al0.93B0.07N/W/Al 2 O3薄膜堆栈首先诱导唤醒，然后一个恒定的可切换的极化区域。在额外的循环，薄膜的漏电流增加，然后薄膜发生介电击穿。对于未图案化的第一代Al0.93B0.07N膜，具有100 nm厚的Pt顶部电极的膜在热介电击穿之前存活约104个双极循环，而具有1000 nm W顶部电极的膜在热介电击穿之前存活约10^5个循环。使用Sentaurus建模设计了一个SU 8场板，将性能提高到约10^6次疲劳循环。有人发现，在疲劳过程中的热故障不是由于表面闪络事件，但与硬击穿事件的电介质。该膜表现出优异的存储偏振态的保留。正如预期的那样，数据保留在相反状态（OS）测量中略差。然而，值得注意的是，即使在3.6x10^6秒（1000小时）之后。在200°C时，OS信号裕度仍超过200 uC/cm 2。在200 ℃下烘烤10年后，预计OS保留率为82%。
2022-08-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Identification and characterization of three-dimensional crack propagation mechanism in the Aluminium alloy AA2024-T3 using high-resolution Digital Image Correlation
本研究利用高分辨率DIC和断口三维表征，结合有限元模拟，揭示了AA2024-T3铝合金中三维裂纹扩展机制，建立了由表面塑性区推断断裂类型和裂纹尖端载荷的映射关系，并发现断裂类型转变会引起裂纹扩展速率短期延迟。
2024-04-02 cond-mat.mtrl-sci
Estimation of fatigue life of TiN coatings using cyclic micro-impact testing
本文结合实验与计算建模研究工具钢上TiN涂层在循环微冲击下的疲劳行为，建立加速度载荷-深度-循环次数的三维失效图谱，并揭示法向牵引对界面疲劳失效的关键作用。
2024-05-06 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Fatigue-resistant high-performance elastocaloric materials via additive manufacturing
利用记忆合金中应力诱导相变可逆循环时释放和吸收的潜热的弹性热冷却，最近已成为非蒸汽压缩冷却技术的领跑者。弹性热材料固有的高热力学效率仅受功滞后的限制。在这里，我们报告通过钛镍（Ti-Ni）合金的增材制造来制造高性能低滞后弹性热冷却材料。与Ti-Ni合金的物理冶金学的既定知识相反，发现金属间相在纳米复合结构中与二元Ti-Ni化合物结合时对弹热性能有益。由此产生的微观结构引起的准线性的应力-应变行为具有极小的滞后，导致提高材料的效率的五倍。此外，尽管由超过50%的金属间相组成，但该材料的可逆的、可重复的弹性热性能被证明在一百万次循环中是稳定的。这一结果为直接将增材制造应用于弹性热冷却系统打开了大门，在弹性热冷却系统中，通用的设计策略既可以实现热交换器的拓扑优化，也可以实现金属制冷剂的独特微结构控制。
2019-08-21 cond-mat.mtrl-sci
Fatigue behavior of Cu-Zr metallic glasses under cyclic loading
本文通过分子动力学模拟研究Cu-Zr金属玻璃在循环剪切下的疲劳行为，发现存在临界应变幅值，低于该值时塑性局部化，高于该值时逐渐累积直至形成剪切带，且失效循环次数随应变幅值接近临界值呈幂律增长。
2023-08-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
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
Low driving-force stable bending cooling via fatigue-resistant hierarchical NiTi shape memory alloy
该研究提出一种基于NiTi梁弯曲的低驱动力弹热制冷方法，通过预应变温激光冲击强化技术实现超过500万次循环的抗疲劳性能，展示了弯曲诱导弹热制冷的巨大潜力。
2024-12-27 cond-mat.mtrl-sci
Creep and Fracture of a Protein Gel under Stress
已知生物材料如蛋白质或多糖凝胶定性地表现为软固体并且在外部载荷下破裂。结合光学和超声成像剪切流变学，我们表明，蛋白质凝胶的失败的情况是让人想起脆性固体：后的主要蠕变制度，其特征在于幂律行为的指数是完全占线性粘弹性，骨折成核和增长的垂直剪切，到凝胶的突然破裂。一个单一的方程占这两个连续的过程很好地捕捉完整的流变响应。破坏时间与所施加的剪应力遵循幂次递减规律，类似于固体的Basquin疲劳定律。这些结果是在最近的纤维束模型，包括损伤积累的弹性纤维和蛋白质凝胶作为模型，脆性样软固体的协议。
2014-08-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.bio-ph
A plastic damage model with mixed isotropic-kinematic hardening for low-cycle fatigue in 7020 aluminum
本文针对EN AW-7020 T6铝合金低周疲劳问题，构建了含Chaboche型混合各向同性-随动硬化的J2塑性损伤模型，通过实验标定与数值验证，实现了大应变循环疲劳行为的准确模拟。
2025-01-12 cond-mat.mtrl-sci cs.NA math.NA
On the accuracy of spectral solvers for micromechanics based fatigue modeling
提出了一种基于FFT的多晶体微机械疲劳模拟框架，作为有限元法（FEM）的替代。变分FFT方法是使用晶体塑性模型的循环行为的晶粒通过有限元材料子程序，特别是Abaqus umat。该框架还包括基于离散微分的替代投影算子，以提高微场保真度，从而允许包括第二相。通过与有限元法的比较，评估了FFT框架用于组织敏感疲劳预测的准确性和效率。无论循环次数如何，用这两种方法获得的多晶的宏观循环响应是不可区分的。微观场呈现出小的差异，当使用离散投影算子时，这些差异会减小，这确实允许精确地模拟包含非常坚硬的颗粒的微观结构。最后，疲劳寿命估计的最大差异从微观方面有限元约为15%。总之，该框架允许预测疲劳寿命，其精度与使用FEM相似，但大大降低了计算成本。
2018-06-22 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Modeling the Fatigue Behavior of Amorphous Polymers
Michigan State University（密歇根州立大学）；Technion（以色列理工学院）；University of Milan（米兰大学）
研究非晶态聚合物疲劳行为，用朗氏塑性模型线性化版本推导巴斯奎定律，得出m = 3及前置因子A的表达式，成功描述了PS、PMMA和PVC三种非晶态聚合物的实验数据。
2026-07-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Thermo-mechanical FE model with memory effect for 304L austenitic stainless steel presenting microstructure gradient
本研究的主要目的是确定，通过三维有限元分析（FE），应力和应变场的内表面的管状试样提交热机械疲劳。为了研究表面光洁度对内表面疲劳性能的影响，在各种热载荷下对实际尺寸的管状试样进行了机械试验。测试前，在试样内表面处和下进行的X射线测量、透射电子显微镜观察和显微硬度测试揭示了残余内应力和与加工硬化梯度相关的大位错显微结构梯度。在弹粘塑性模型中引入了与预硬化梯度有关的记忆效应，以确定内表面的应力应变场。首先通过热弹性模型计算管状试样内表面上的温度演化，然后用于我们的热机械模拟。热-机械模型参数的确定基于在20^{ \circ }C和300^{ \circ }C下进行的实验稳定循环拉伸-压缩测试。数值稳定的牵引-压缩循环曲线（有和没有预应变）和实验之间得到了很好的一致性。该三维模拟提供了在测试期间轴向和切向内部应力和局部应变的演变。数值结果表明：40次循环后，切向应力降低并趋于稳定，而轴向应力随循环次数的增加而降低的趋势较弱。结果还指出，棘轮效应和轻微的非比例载荷的内表面。计算得到的稳定循环的平均应力和应变值与初始值相差甚远，可用于获得与疲劳相关的标准设计的安全裕度，以及获得使用更先进的疲劳分析和准则所需的准确载荷条件。
2013-01-08 cond-mat.mtrl-sci physics.med-ph
Physics-informed neural network for predicting fatigue life of unirradiated and irradiated austenitic and ferritic/martensitic steels under reactor-relevant conditions
Extreme Environments Materials Group (EEMG), Department of Materials Engineering, Indian Institute of Science (IISc)（极端环境材料组（EEMG）、材料工程系、印度科学研究院（IISc））；Department of Materials, University of Oxford（材料系、牛津大学）；Robert Bosch Centre for Cyberphysical Systems, Indian Institute of Science (IISc)（罗伯特·博世网络物理系统中心、印度科学研究院（IISc））
本文提出了一种具有物理信息的神经网络框架，用于预测核反应堆中奥氏体和铁素体/马氏体钢的低周疲劳寿命。该框架通过嵌入疲劳寿命的物理约束到损失函数中，提高了预测的准确性、可靠性和通用性。
2026-03-19 cond-mat.mtrl-sci cs.LG
Unravelling the mechanisms underlying crack initiation in additively manufactured steel
University of Michigan（密歇根大学）；ESRF, The European Synchrotron（欧洲同步辐射装置）；Michigan Center for Materials Characterization, University of Michigan（密歇根大学材料表征中心）；ENSCM（法国国家化学工程学院）；Imperial College London（伦敦帝国理工学院）；Mines Paris, PSL University（巴黎矿业学院，PSL大学）
研究增材制造钢裂纹萌生机制，结合多模态技术观察裂纹尖端塑性三维演变，发现锻造钢与增材制造合金在裂纹尖端塑性表现不同，揭示抗断裂能力受其空间演变控制，为提高损伤容限提供机理框架。
2026-07-10 cond-mat.mtrl-sci
