Role of anisotropic strength and stiffness in governing the initiation and propagation of yielding in polycrystalline solids
定向强度与刚度的比率在控制多晶聚集体内的单个晶体在聚集体被加载时将屈服的相对顺序方面是重要的。在本文中，制定了一个强度刚度参数的多轴加载，扩展了单轴加载的黄和道森的发展。建立在强度刚度的原则，预测的宏观应力在有限元网格屈服的方法。该分析使用来自纯弹性有限元模拟的一个增量的弹性应变数据来进行预测，给出单晶屈服面的知识。通过对奥氏体无应变钢AL6XN的模拟，验证了强度刚度参数和屈服预测方法的有效性。
2017-05-23 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
Revealing sub-μm inhomogeneities and μm-scale texture in H2O ice at Megabar pressures via sound velocity measurements by time-domain Brillouin scattering
时域布里渊散射技术，也被称为皮秒超声干涉测量法，它提供了机会，以监测传播的纳米到亚微米长度的相干声脉冲在样品的亚微米到几十微米的尺寸，被施加到深度剖析的多晶聚集体的冰压缩在金刚石砧室兆巴压力。该技术允许检查的特征尺寸的弹性不均匀性和纹理的多晶冰在垂直于金刚石砧表面的亚微米空间分辨率的方向上，通过时间分辨测量的声脉冲的传播速度的变化在压缩的样品中行进。所实现的二维成像的多晶冰聚集体在深度和在一个横向方向表明的三维成像和定量表征的透明多晶聚集体的声学，光学和声光性能的金刚石对顶砧细胞与几十纳米的深度分辨率和横向空间分辨率的泵浦激光脉冲聚焦控制的可行性。
2014-10-23 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
A quantized statistical model of flow stress and generalized Hall-Petch law for deformable polycrystalline materials. A temperature-dimension effect
本文提出了一个流变应力理论，包括晶粒尺寸d在10^{-8}~ 10 ^{-2}m范围内的PC材料在准静态塑性加载下的屈服强度。该理论是对arxiv：1803.08247;1908.09338等研究的回顾和发展。它是基于塑性加载下单模态PC试样各晶粒能谱分布的统计模型，最高能级等于最大位错能。发现的标量位错密度分布导致FS由于泰勒应变硬化包含通常的和异常的HP法律分别为粗和NC晶粒，并达到最大的极端晶粒尺寸d_0的数量级10^{-8}m。最大值随着T的减小和应变的增加而向较大晶粒的区域移动。在T= 300 K时，BCC（α-Fe），FCC（Cu，Al，Ni），HCP（α-Ti，Zr）PC材料的屈服强度的理论值与实验值符合较好，并研究了强度参量的T依赖性。结果表明，对于d> 3d 0的所有晶粒，YS随温度T的降低而增大，在NC区YS减小，从而确定了温度-尺寸效应（TDE）。将PC样品的单相模型扩展为两相模型，将软化的GB相引入两相模型，然后引入弥散（非）硬化。本文提出了准粒子能量量子化的解释，得到了上述不同小角度、大角度晶界和恒定气孔的样品的HP定律的解析和图解形式，第二相的变化使样品的YS最大值和相应的极值晶粒尺寸发生了移动，Al的YS在150- 350 K范围内与温度的关系证明了TDE的有效性。采用Backofen-Considere断裂准则，建立了α-Fe两相PC模型的1-和2-…
2019-12-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Efficient and quantitative phase field simulations of polycrystalline solidification using a vector order parameter
提出了一种基于巨势泛函的矢量序参量相场模型，作为模拟合金多晶凝固的新方法。在这种方法中，巨势密度被设计为包含一组离散的有限阱，这是一种自然允许使用单个矢量场的多个晶粒的生长和受控相互作用的特征。我们验证了二元合金中的枝晶凝固在薄界面极限下遵循既定的定量行为。此外，它表明，晶界能和溶质反扩散定量与早期的理论工作是一致的，通过一个简单的固-固相互作用参数控制晶界能。此外，当考虑多晶聚集体和它们的粗化，我们表明，动力学遵循预期的抛物线生长规律。最后，我们展示了如何这个新的矢量序参量模型可以用来描述成核多晶系统通过热波动的矢量序参量，一个功能，迄今为止缺乏多相或多序参量为基础的相场模型。所提出的矢量序参量模型为多晶材料的模拟提供了一种实用而有效的计算工具。我们还讨论了扩展的序参量，以更高的维度作为一个简单的方法来模拟多个固相。
2021-02-22 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
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
Stiffness, strength, energy dissipation and reusability in heterogeneous architected polycrystals
本文设计并测试了由硬质塑性体和软质弹性体组成的异质架构多晶体，通过工程化晶界与晶体学织构协同调控，实现了高回弹、高耗能与可重复使用性的兼顾。
2025-04-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Towards the Distribution of a Class of Polycrystalline Materials with an Equilibrium Defect Structure by Grain Diameters: Temperature Behavior of the Yield Strength
本文修改了多晶材料的流动应力理论，提出缺陷关于晶粒直径的类麦克斯韦分布定律，推导了标量位错密度，并给出了多种晶格下屈服强度的广义Hall-Petch关系及温度尺寸效应新形式。
2023-08-09 cond-mat.mtrl-sci
The effect of initial texture on multiple necking formation in polycrystalline thin rings subjected to dynamic expansion
本文通过有限元模拟研究初始织构对多晶薄环动态膨胀中多重颈缩的影响，发现晶粒分布、尺寸和织构共同决定颈缩位置、数量和时间，为优化材料高应变率吸能性能提供指导。
2023-09-18 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Statistical approach to flow stress and generalized Hall-Petch law for equilibrium polycrystalline materials
提出了一种适用于具有平衡缺陷结构（EDS）的PC材料的流变应力理论，该理论建立在PC材料经过一系列$N_0$相似处理后在固定温度T下剧烈塑性变形的基础上，并以稳定的标量位错密度（SDD）和平均晶粒尺寸d为特征。我们计算了静态SDD $ρ(b,d,T)$，并提出了一种方法来计算$\varepsilon$ -准静态加载下PC样品中的平衡SDD $ρ_{\varepsilon}$的演变取决于晶粒的平均尺寸$d$在$10^{-8}- 10^{-2}$ m的范围内，对晶界取向。对于给定的相和温度，在单位错系综的近似下，在向错-位错机制中实现了解析依赖性。它是基于一个统计模型的Boltzmann分布（光滑依赖于应变${\varepsilon}$）的离散能谱在每个晶粒的单模单相PC材料在塑性加载下的准静态水平与最高水平等于能量的位错具有最大长度。平衡SDD的差异，$ρ_{\varepsilon}- ρ$，导致流动应力从泰勒应变硬化机制包含（对于$\varepsilon$ = $0.002$）的正常和异常的霍尔-佩奇关系，分别为粗和纳米晶粒，并获得最大的絮凝物应力值的一个极端尺寸包含$10^{-8}- 10^{-7}$的顺序$10^{-8}- 10^{-7}$ m。随着温度的降低，最大值向大晶粒区域移动，显示出温度-尺寸效应。在T= 300 K时，对具有密排晶粒的BCC（$α$ -Fe）、FCC（…
2021-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Stochastic 3D microstructure modeling of twinned polycrystals for investigating the mechanical behavior of $γ$-TiAl intermetallics
本文提出含相邻孪晶和内含孪晶的γ-TiAl多晶随机三维微观结构模型，结合傅里叶全场计算揭示孪晶对弹性响应的软化作用远大于形貌差异，并验证了双尺度均匀化估计。
2024-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Crystallographic relationships of T-/S-phase aggregates in an Al-Cu-Mg-Ag alloy
T-（Al 20 Cu 2 Mn 3）相弥散体对限制回复和控制Al-Cu合金晶粒长大具有重要作用。然而，这些弥散体也可以通过充当异质成核位点来减少沉淀硬化，并且当与S-（Al 2CuMg）相沉淀物电偶联时，可能导致对点蚀的敏感性增加。因此，T相和S相之间的相互作用对于理解它们对Al-Cu-Mg合金的机械和电化学性能的影响是重要的。在此，研究了Al-1.31Cu-1.14Mg-0.13Ag-0.10Fe-0.28Mn（at.%）合金中T相、S相和周围Al基体之间的晶体学关系。通过结合扫描旋进电子衍射与三维轴角空间中的取向差分析和相关的高分辨率透射电子显微镜，三个阶段之间的取向关系被确定，揭示了S-T取向关系的第一次。还确定了在T相界面处形成的沉淀物与非界面处的沉淀物之间的S-Al取向关系的差异。这些见解提供了一个全面的评估T/S相聚集体的晶体学关系，这可能会指导未来的合金设计。
2019-01-08 cond-mat.mtrl-sci
On a joint quantized and mechanical description for the Chernov-Lüders macroband of localized deformation
基于我们最近提出的准静态塑性形变下多晶材料流变应力的统计理论，我们提出了一个量子方法，目的是从理论上描述局部变形的Chernov-Lüders剪切宏带，这种剪切宏带表现为某些含Fe材料在应力-应变曲线σ=σ（ε）上的屈服-强度点之外具有第二相。该程序充分利用了准粒子解释的最小部分的机械能在一个给定的单模多晶聚集体，这是必要的热波动机制，以创建一个0 D-缺陷纳米孔作为初始区的局部变形下的外部负载。利用准粒子描述，我们得到了位错标量密度的解析表达式，给出了晶粒尺寸、温度、最可几滑移系以及σ =σ（ε）本身的依赖关系。描述准静态加载下任意晶粒晶格吸收和发射准粒子（dislocons）机制的二能级系统为Chernov-Lüders剪切宏带的产生和传播提供了有效的物理描述。在实验中观察到的声发射的增强，并伴随着宏带现象证明了作为一个复合材料的短寿命粒子组成的声学声子的位错的解释。一个更现实的三个层次的系统内的两相模型与第三（与分散颗粒）相存在的实际多晶样品也产生。
2019-09-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
The anisotropic grain size effect on the mechanical response of polycrystals: The role of columnar grain morphology in additively manufactured metals
本文针对增材制造金属的柱状晶粒形态，提出轴向晶粒尺寸与各向异性描述符，通过晶体塑性模拟揭示晶粒尺寸各向异性对力学响应各向异性的贡献呈平方反比关系。
2023-11-14 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Anisotropic Peierls Barrier on the Evolution of Discrete Dislocation Networks in Ni
本研究通过离散位错动力学模拟，揭示了Peierls应力各向异性对Ni单晶位错网络演化的影响，发现其提高硬化速率和网络连通性，但抑制近螺型位错段的运动。
2025-01-27 cond-mat.mtrl-sci
A Boltzmann statistical approach for the analysis of polarization states in mixed phase ferroelectric materials: application to morphological phase boundary
本文提出结合Landau自由能与Boltzmann统计分析的方法，定量评估复杂机电载荷下混合相铁电体不同畴变体的体积分数，揭示了MPB附近多晶材料的畴与相演化及其对宏观应变响应的贡献。
2025-01-29 cond-mat.mtrl-sci
The Role of Grain Boundaries under Long-Time Radiation
晶界含量高的材料为抗辐射结构材料的发展提供了巨大的潜力。然而，一个正确的理解之间的连接辐射诱导晶界的微观结构行为和它的影响，在长的自然时间尺度仍然是失踪。在这封信中，点缺陷吸收在接口处的一个跳跃罗宾型条件在粗粒度的水平，其中界面微观结构的作用被有效地考虑到总结。然后提出了一个多晶骨料的抗沉强度与其粒径之间的简明关系式，并与实验结果进行了比较。在此基础上，提出了一个包含晶界和点缺陷耦合演化的粗晶模型，为研究辐照诱导的晶粒长时间形态演化奠定了基础。我们的模拟结果表明，在晶粒内的点缺陷源的存在进一步加速其收缩过程中，和辐射往往会触发孪晶界部分的扩展。
2018-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Bridging powder and multi-crystal diffraction with basis-adaptive texture tomography
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）；Paul Scherrer Institut（保罗谢尔研究所）；Lund University（隆德大学）；Aarhus University（奥胡斯大学）
针对多晶衍射介于粉末与逐晶索引之间的困境，提出基于自适应基的织构层析成像，以峰索引候选取向替代均匀网格，提升角分辨率，在模拟和实验中实现更优的晶粒与亚晶粒边界描绘。
2026-09-15 cond-mat.mtrl-sci
First principles study on the segregation of metallic solutes and non-metallic impurities in Cu grain boundary
本研究利用密度泛函理论计算铜晶界中金属溶质和非金属杂质的偏析能，发现V、Zr、Ag有益，O、S、F、P有害，且局部畸变与弱化效应成正比。
2023-11-28 cond-mat.mtrl-sci
Phase-field modeling of ductile fracture across grain boundaries in polycrystals
本研究针对多晶金属延性断裂的损伤与微裂纹问题，将单晶延性相场断裂框架扩展至多晶，提出耦合损伤的新型微柔性边界条件，验证其能实现硬化阻滑移、断裂生跨晶界微裂纹的效果，可用于模拟孔洞聚合与三维裂纹前沿。
2024-10-31 cond-mat.mtrl-sci cs.NA math.NA
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
Bridging Grain Mapping and Dark Field X-ray Microscopy for Multiscale Diffraction Imaging
针对多晶材料缺陷研究中介观尺度晶粒映射与高分辨晶格畸变成像的互补性缺失问题，提出可迁移统一框架，借助开源软件实现样品无需重新定向的跨方法数据转换与DFXM靶向成像，在铁多晶中验证了效率与分辨率，并实现多平台迁移，为跨尺度缺陷研究提供新途径。
2025-08-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
