From Brittle to Ductile Fracture in Disordered Materials
我们引入一个格子模型能够描述损伤和屈服的非均匀材料，从脆性到韧性的。韧性断裂面，当系统破裂时，一旦应变完全本地化，所得到的，示出对应于最小能量表面。所得到的断裂路径的脆性断裂或最小能量表面的极限的相似性进行量化。该模型表现出从脆性到延性的平滑过渡。屈服的动力学表现出幂律分布的雪崩。
2010-10-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Forced tearing of ductile and brittle thin sheets
撕裂一个薄板，迫使一个刚性的物体通过它导致复杂的裂纹形态;一个单一的振荡裂纹出现时，一个工具被横向驱动通过脆性片材，而两个发散的裂纹和一系列的手风琴状褶皱时，形成一个工具被迫横向通过一个韧性片材。另一方面，迫使物体垂直穿过片材导致韧性和脆性材料的径向花瓣状撕裂。为了理解这些不同的制度，我们使用实验，模拟和简单的理论相结合。特别是，我们描述的过渡从脆性振荡撕裂通过一个单一的裂纹到韧性手风琴撕裂两个眼泪通过推导的法律，描述的裂纹路径和波长的手风琴褶皱，并提供一个简单的相图的形态方面的材料性能的片材和相对大小的工具。
2014-07-11 cond-mat.mtrl-sci
Thermal effects on fracture and brittle-to-ductile transition
脆性和韧性材料的断裂行为会受到热波动的强烈影响，特别是在微米和纳米器件以及橡胶和生物材料中。然而，温度的影响，特别是脆韧性转变，仍然需要更深入的理论研究。作为在这个方向上的一步，我们提出了一个理论，平衡统计力学的基础上，能够描述的温度依赖性脆性断裂和脆韧性转变的原型离散系统组成的晶格与易断元素。关于脆性行为，我们得到了封闭形式的表达式的温度依赖性断裂应力和应变，代表广义格里菲斯标准，最终描述了真正的相变的断裂。关于脆韧性转变，我们得到了一个复杂的临界情景，其特征在于由两个断裂制度（脆性和韧性）之间的阈值温度，上限和下限屈服强度，和对应于完全击穿的临界温度。为了证明所提出的模型在小尺度下描述热断裂行为的有效性，我们成功地将我们的理论结果与Si和GAN纳米线的分子动力学模拟进行了比较。
2023-02-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
An efficient phase-field model for fatigue fracture in ductile materials
韧性材料的疲劳断裂。G.金属，是由循环塑性。特别是对于大量的载荷循环，解析全载荷路径的塑性材料模型在计算上要求非常高。在此，提出了一种具有特别小的计算工作量的模型。它提供了一个宏观的，唯象的描述疲劳断裂相场法脆性断裂与经典的耐久性概念相结合。局部寿命变量的获得，逐步降低断裂阻力。通过从循环材料特性推导应力-应变路径，每个载荷循环最多只需要一个增量。该模型可以描述疲劳裂纹萌生，扩展和残余断裂，并可以重现巴黎的行为。
2019-10-23 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
Theory of transition from brittle to ductile fracture
本研究对Langer的脆韧转变理论做出两点改进：引入剪切模量温度依赖性以量化热敏感位错缠结，用大规模最小二乘法确定参数，改进理论对不同温度下钨断裂韧性的预测与Gumbsch实验结果吻合良好。
2023-05-06 cond-mat.mtrl-sci
Ductile fracture in functionally graded materials: Insight into crack behavior within the gradient interface
本研究通过数值方法探讨延性功能梯度材料中梯度界面内的裂纹扩展，揭示塑性应变与裂纹模式的关系，并分析入射角与梯度宽度的影响，为设计裂纹止裂行为提供新见解。
2024-12-16 cond-mat.mtrl-sci
The fracture toughness of molybdenum at different grain sizes under and since brittle-ductile transition: computer modeling and experiment
本文通过位错动力学模拟与实验研究钼的断裂韧性，发现脆韧转变后韧性急剧增长发生在晶粒尺寸约等于塑性区尺寸时，并揭示晶界改变位错分布从而提高断裂韧性的机制。
2025-07-18 cond-mat.mtrl-sci
Brittle to ductile transitions in glasses: Roles of soft defects and loading geometry
了解玻璃的断裂韧性对科学和技术是至关重要的。我们在这里研究它使用广泛的原子模拟，其中的相互作用势，玻璃化转变冷却速率和加载几何形状系统地变化，模仿广泛的实验可访问的属性。通过$A_{\rm g}$对玻璃的非平衡机械无序进行量化，$A_{\rm g}$是非声子激发的普遍谱的无量纲前因子，其测量影响塑性变形的软玻璃缺陷的丰度。我们表明，虽然脆韧性转变可能会引起减少冷却速率，导致减少$A_{\rm g}$，ISO- $\!A_{\rm g}$玻璃是脆性或韧性取决于泊松收缩的程度下无约束的单轴拉伸。使用约束张力消除泊松收缩揭示了iso- $\!A_{\rm g}$玻璃具有相似的韧性，并且在这些条件下改变$A_{\rm g}$导致显著的韧性变化。我们的研究结果突出了软缺陷和加载几何形状（影响缺陷的激活）在玻璃韧性中所起的作用。
2021-03-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Fracture Toughness of Metallic Glasses: Ductile-to-Brittle Transition?
对金属玻璃的断裂韧性，包括相关的韧脆转变的定量理解，还没有。在这里，我们使用一个简单的塑性形变的玻璃模型，再加上一个先进的欧拉水平集制定解决复杂的自由边界问题，计算金属玻璃的断裂韧性作为一个功能的结构松弛度对应于不同的退火时间附近的玻璃温度。我们的主要结果表明，充分放松的玻璃的弹塑性裂纹尖端的不稳定性的存在，导致在韧性的显着下降，我们解释为类似于实验观察的延性到脆性的转变。
2012-07-17 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Slip energy barriers in aluminum and implications for ductile versus brittle behavior
在裂纹尖端位错发射的Peierls模型分析的框架内，我们考虑了铝的脆性与韧性行为。为此，我们进行第一性原理量子力学计算的不稳定的堆垛能$γ_{us}$的铝沿肖克利部分滑移路线。我们的计算是基于密度泛函理论和局域密度近似，包括全原子和体积弛豫。我们发现，在铝$γ_{us} = 0.224$ J/m $^2$。在Peierls模型分析中，该值将预测脆性固体，这引起了一个有趣的问题，因为铝通常被认为是韧性的。解析度可由以下三种可能性之一给出：（a）铝在零温度下确实是脆性的，而在有限温度下由于预先存在的位错的运动而变得延性，位错的运动使裂纹尖端的应力集中松弛。(b)裂纹尖端的位错发射本身就是一个热激活过程。(c)铝实际上在所有温度下都是可延展的，为了解决明显的矛盾，所采用的理论模型需要显着改进。
1996-04-26 cond-mat.mtrl-sci mtrl-th
Analysis of adiabatic shear coupled to ductile fracture and melting in viscoplastic metals
本研究分析了粘性塑性金属中粘性剪切与韧性断裂及熔化的相互作用，提出了一种耦合模型以探讨局部化机制及临界应变的影响。
2025-02-15 cond-mat.mtrl-sci
The onset of void coalescence during dynamic fracture of ductile metals
采用分子动力学模拟方法对三维铜材料中的孔洞聚结过程进行了定量研究。相关增长的空隙在其连接过程中的合并和随之而来的动态相互作用，通过减少空隙之间的距离和空隙的定向增长的速率方面进行了研究。临界空隙间韧带距离标志着开始聚结显示约为一个空隙半径在这两个措施。
2004-10-24 cond-mat.mtrl-sci
Phase-Field Modeling of Coupled Brittle-Ductile Fracture in Aluminum Alloys
含析出相铝合金的断裂至少涉及两种机制，即富铝基体的韧性断裂和析出相的脆性断裂。在这项工作中，耦合晶体塑性相场模型的混合韧脆破坏模式的制定和使用的影响，在铝合金中的损伤演化的沉淀形态和尺寸分布的调查。在断裂过程区的弹性和塑性功耗散的一致性框架被用来制定脆性和韧性损伤的耦合本构行为，分别。产生具有不同颗粒形态和取向的代表性体积元（RVE），并模拟其单轴载荷以评估不同模型微结构的抗损伤性。对于铝基体的临界能量释放率$G_c$值范围为4至8 Jm $^{-2}$的单晶和10至16 Jm $^{-2}$的多晶体，该模型预测的变化，从颗粒脱粘到开裂，然后韧性基体失效。观察到颗粒失效机制的变化，作为增加$G_c$的结果，单，多晶模型微观结构。对于颗粒脱粘的情况下，与其他研究的情况相比，具有圆形或椭圆形颗粒（主轴垂直于加载方向）的微观结构显示出更高的延展性和断裂功。在颗粒开裂的情况下，与平行于加载轴排列的椭球形颗粒的显微组织显示出较高的延展性和断裂功之间的调查的情况下。模拟定性再现实验观察到的颗粒失效机制（开裂和脱粘）的两个不同的基体合金类（商业纯和2xxx合金）与陶瓷颗粒增强。
2022-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Ductile fracture modeling by phase field, Hencky strain elasticity and finite J2 plasticity using nonlocal operator method
采用非局部算子法建立了考虑Hencky应变和有限J2塑性的韧性断裂相场模型。用相场模型对有限应变下的J2塑性问题进行了变分推导。该方法包括对数应变张量和指数映射的塑性演化。实现了一种基于谱分解的复合矩阵函数一阶和二阶导数的计算算法。一致的切线刚度矩阵推导并用于牛顿-拉夫森迭代。数值算例验证了该方法的有效性，包括单边缺口板的脆性断裂和韧性断裂，以及杆的颈缩问题。
2023-02-07 cond-mat.mtrl-sci cs.NA math.NA
What renders bulk metallic glass ductile/brittle? -- new insight from the medium-range order
要理解整体大块金属玻璃（BMG）的延展性或脆性，需要对非晶结构有详细的了解。在缺口三点弯曲试验之前和之后，使用可变分辨率功能电子显微镜表征了延性Pd $_{40}$ Ni $_{40}$ P $_{20}$和脆性Zr $_{52.5}$ Cu $_{17.9}$ Ni $_{14.6}$ Al $_{10}$ Ti $_5$（Vit 105）的中程有序（MRO）。在这里，我们表明存在的第二个较大的MRO相关长度的韧性材料，这是不存在于脆性材料。与文献的比较表明，较大的相关长度占较大的剪切转换区（STZ），增加了非均质性。这使得更容易形成剪切带，从而解释了变形能力的差异。
2020-03-13 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A Variational Phase-Field Model For Ductile Fracture with Coalescence Dissipation
提出了一种新的韧性断裂模型相场。该模型是在一个一致的变分框架内开发的有限变形运动学的背景下。一种新的聚结耗散引入了一个新的塑性和断裂之间的耦合机制，通过降低断裂韧性作为等效塑性应变的增加。建议的模型进行了比较，最近的替代方案，其中塑性和断裂是强烈耦合。几个有代表性的数值例子激励特定的建模选择。特别是，一个线性裂纹几何函数提供了一个“未受干扰”的韧性响应裂纹萌生之前，和洛伦兹型退化功能，确保临界断裂强度保持独立的相场正则化长度。此外，该模型的响应被证明收敛与消失的相场正则化长度。然后，该模型被应用到校准和模拟具有复杂几何形状的铝试样的三点弯曲实验。建议的合并耗散耦合的实验模拟的效果首先在一个二维平面应变设置进行了研究。校准后的模型，然后应用到一个三维的计算，其中计算的载荷-挠度曲线和裂纹轨迹显示出良好的协议与实验观察。最后，该模型被应用到模拟裂纹的成核和生长的试样从最近的桑迪亚断裂挑战。
2021-03-11 cond-mat.mtrl-sci
Microstructural modeling of ductile fracture initiation in multi-phase materials
多相材料失效的精确机制可能强烈依赖于材料的微观结构形态。微观力学建模提供了很多洞察这种依赖性，但不确定性仍然是关键的建模假设。本文评估了不同的晶粒形状，损伤指标和应力状态的影响，使用结构化的数值模型。一个独特的空间排列的阶段周围的断裂事件被发现，在剪切方向上的软区中断的拉伸方向上的硬区组成。这些关键特征对所研究的变化仅轻度敏感。
2016-04-13 cond-mat.mtrl-sci
Rate- and temperature-dependent ductile-to-brittle fracture transition: Experimental investigation and phase-field analysis for toffee
本研究通过实验和相场建模，揭示了太妃糖材料在速率和温度影响下的韧脆断裂转变机制，并分析了变形与断裂阻力的耦合作用。
2023-11-23 cond-mat.mtrl-sci
Probing the Statistical Validity of the Ductile-to-Brittle Transition in Metallic Nanowires Using GPU Computing
我们对金纳米线的伸长和断裂进行了大规模的统计分析（> 2000次独立模拟），探索了最近提出的随着纳米线长度增加而发生的延性到脆性转变的有效性和范围[Wu et.例如，Nano Lett.，12，910-914（2012）]。为了促进高吞吐量的模拟方法，我们实现了二阶矩近似的紧束缚（TB-SMA）的潜力HOOMD-Blue，一个分子动力学包，运行在大规模并行图形处理单元（GPU）。在统计意义上，我们发现，纳米线服从韧性到脆性模型相当好，但是，我们观察到几个意想不到的功能，从模拟，建立在我们的理解的韧性到脆性的转变。首先，偶尔的故障行为观察到定性不同于模型预测的预测，这是由于随机的热运动的Au原子，并发生在温度低至10 K。此外，我们还发现，使用经典位错理论开发的韧脆模型，适用于直径小至3 nm的纳米线。最后，我们证明了纳米线的临界长度是较高的，在298 K相对于10 K，结果是没有预测的韧脆模型。这些结果提供了调整纳米线故障和结构的实用设计策略，也表明GPU计算是一个很好的工具，研究需要大量的独立轨迹，以充分表征系统的行为。
2013-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dynamic ductile to brittle transition in a one-dimensional model of viscoplasticity
我们研究两个密切相关的，非线性模型的粘塑性固体。这些模型捕捉塑性在很宽的应变率和施加的应力范围内的基本特征。它们表现出非弹性应变松弛和稳定的流动以上的一个明确的屈服应力。在本文中，我们描述了第一步，探索这些模型的断裂理论和相关现象的影响。我们考虑一个一维问题的脱粘从基板的膜，遵守粘塑性本构方程，我们已经构建。我们发现，相当普遍，当屈服应力变得小于某个阈值时，稳定脱粘所需的能量成为脱粘速度的非单调函数。因此，在某些速度下的稳态脱粘变得不稳定。我们相信，这些结果是相关的理解的韧脆转变以及断裂稳定性。
1998-03-24 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic simulations on ductile-brittle transition in <111> BCC Fe nanowires
通过分子动力学模拟研究了温度对$<$ 111 $>$ BCC Fe纳米线拉伸变形和断裂行为的影响。模拟已进行了在不同的温度范围内10-1000 K采用恒定的应变速率的$1\times$ $10^8$ $s^{-1}$。结果表明，在低温下（10-375 K），纳米线屈服通过一个尖锐的裂纹的成核和脆性的方式失败。另一方面，在450-1000 K范围内的高温下，观察到屈服时多个1/2 $<$ 111 $>$位错的成核，随后是导致延性破坏的显著塑性形变。在400 K的中间温度下，纳米线通过与裂纹尖端处的许多移动的1/2 $<$ 111 $>$和固定的$<$ 100 $>$位错相关联的裂纹成核而屈服，并且以延性方式失效。在$<$ 111 $>$ BCC Fe纳米线中观察到的延性-脆性转变适当地反映在失效时的应力-应变行为和塑性应变中。随着纳米线尺寸的增加，韧脆转变增加。断裂行为的变化已被讨论的屈服和断裂应力的相对变化和相对于温度的滑移行为的变化。此外，位错增殖机制的扭结形核从纳米线表面观察到在高温下已被提交。
2017-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A Nonlocal Damage-enhanced Lattice Particle Model for Ductile Fracture Analysis
金属材料的韧性断裂通常涉及弹塑性变形和相关的损伤过程。非局部格点法（LPM）可以扩展到模拟这种复杂的行为。最近，一个基于畸变能量的模型被制定到LPM来模拟J2塑性。然而，该模型是基于增量更新算法，需要非常小的加载步骤，以获得合理的结果。对于大型系统来说，这是耗时且不稳定的。因此，本文提出了一种基于张量的返回映射算法来处理这些不足。材料的劣化过程被建模为一个非局部损伤演化过程。宏观力学响应的颗粒尺寸/晶格依赖性处理得当，通过使用所提出的模型。最后给出了工程结构弹塑性损伤和断裂预测的算例。使用C的LPM的多线程实现可以在网站上获得：https://github.com/ymlasu/LPM-C。
2021-10-19 cond-mat.mtrl-sci
Temperature-activated dislocation avalanches signaling brittle-to-ductile transition in BCC micropillars
School of Mechanics & Engineering Science, Shanghai University（上海大学力学与工程科学学院）；Department of Mechanical & Aerospace Engineering, University of Miami（迈阿密大学机械与航空航天工程系）；School of Physics, Sun Yat-sen University（中山大学物理学院）；Department of Mechanical & Aerospace Engineering, University of California Los Angeles（加州大学洛杉矶分校机械与航空航天工程系）
研究通过原位压缩实验和三维位错动力学模拟，揭示了BCC金属在高温下由脆性向韧性转变的机制，发现高温下应力波动表现出自组织临界性。
2026-02-25 cond-mat.mtrl-sci
A coupled fully kinetic hydrogen transport and ductile phase-field fracture framework for modeling hydrogen embrittlement
University of Oulu（奥卢大学）；Université Sorbonne Paris Nord, Laboratoire des Sciences des Procédés et des Matériaux, LSPM, CNRS, UPR 3407（索邦巴黎北大学，工艺与材料科学实验室，LSPM，CNRS，UPR 3407）
本文提出一种耦合完全动能氢传输模型与几何相场断裂方法的综合框架，用于建模氢脆问题，重点研究氢在位错处的输运动力学及韧性断裂与氢诱导脆性断裂的相互作用。
2026-07-15 cond-mat.mtrl-sci
Peridynamics based model of anticrack-type fracture in brittle foams
针对脆性多孔材料在单轴压缩下的反裂纹扩展问题，提出基于键近场动力学并以随机删键表征孔隙率的计算模型，并用于硅酸盐泡沫实验数据。
2025-03-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Three-dimensional molecular dynamics simulations of void coalescence during dynamic fracture of ductile metals
采用三维应变控制的铜原子分子动力学模拟研究了韧性金属动态断裂过程中的空穴聚合和相互作用。在合并过程中导致断裂的相关增长的两个空隙的调查，无论是在其发病和随后的动力学相互作用。通过空隙之间的距离的减小速率，通过空隙的相关定向生长，以及通过空隙的相关形状演变来量化空隙相互作用。标记的发病聚结的临界空隙间韧带距离被证明是大约一个空隙半径的基础上使用的定量测量，独立的初始空隙之间的分离距离和应变率的系统的膨胀。空隙的相互作用并没有反映在体积渐近增长率的空隙，如这里所示。最后，使用一个单一的空隙和周期性的边界条件来研究合并的做法进行了严格的检查，并显示出产生的结果显着不同的一对孤立的空隙合并。
2005-01-16 cond-mat.mtrl-sci
A Mesoscale Model for Interface-Mediated Plasticity: Investigation of Ductile and Brittle Fracture
City University of Hong Kong（香港城市大学）；University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；The University of Hong Kong（香港大学）；University of Birmingham（伯明翰大学）
本文提出介观尺度模型研究界面介导塑性，分析韧性与脆性断裂的竞争机制及应变硬化率变化。
2025-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Dissolution-induced mode transition of crack propagation in carbonate rocks: From brittle fracture to diffuse damage
The University of Hong Kong（香港大学）；Duke University（杜克大学）；Utrecht University（乌得勒支大学）
本文提出一种耦合化学-机械相场框架，研究矿物溶解与断裂传播的动态相互作用，揭示化学降解与机械变形时间尺度竞争对脆性-韧性断裂转变的影响。
2026-10-28 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Lightweight phase-field surrogate for modelling ductile-to-brittle transition through phenomenological elastoplastic coupling
National Institute of Technology Tiruchirappalli（国立特鲁奇拉帕利理工学院）
本文提出轻量级相场替代模型，通过三种现象学机制模拟韧性-脆性转变，展示从脆性到韧性的转变特征，验证了不同插值方案的鲁棒性。
2026-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic Study of Radiation-Induced Ductile-to-Brittle Transition in Austenitic Steel
本文通过分子动力学模拟研究辐照Fe-Ni-Cr合金的韧脆转变，揭示空洞促进裂纹扩展而位错环阻碍并偏转裂纹的机制，并将断裂能分解方法推广至辐照材料以量化表面能与塑性功的贡献。
2025-07-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Damage mechanisms in the dynamic fracture of nominally brittle polymers
线弹性断裂力学（LEFM）提供了一个一致的框架来定量评估释放到扩展裂纹尖端的能量通量。尽管如此，裂纹选择速度以响应这种能量通量的方式仍然远未完全理解。为了揭示潜在的机制，我们实验研究了聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的动态失效过程中发展的损伤和耗散过程，传统上被认为是脆性非晶材料的原型。我们证明了一个定义明确的临界速度沿故障切换名义脆性准脆性，裂纹扩展的手与微裂纹的成核和生长。通过对断裂表面的事后分析，我们能够以微米/纳秒分辨率重建完整的时空微裂纹动力学。我们证明了单个裂纹前沿的真实局部扩展速度被限制在一个相当低的值，这可以比在连续水平尺度上测量的表观速度小得多。通过与主锋的结合，微裂纹通过几何原点的加速因子提高宏观速度。我们讨论的关键作用，损伤相关的内部变量在宏观断裂动力学的选择。
2013-04-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Theoretical approach to the ductile fracture of polycrystalline solids
它在这里示出，通常是几个应变的短暂塑性应变后的断裂，是材料的多晶性质的必然结果。进行塑性形变的多晶体被建模为一个流动的连续的随机变形多面体，代表的晶粒，填充的空间，而不会留下空隙。相邻的晶粒滑动的相对速度成比例的局部剪切应力的平面上解决的共享晶界，当大于一个有限的阈值。多面体颗粒不断重塑以保持物质的连续性，导致颗粒滑动的力超过重塑颗粒的力。过去已经表明，该模型不守恒体积，导致流体静压随应变单调变化。这种效应在塑性理论中引入了一个新的概念，因为它决定了任何细晶多晶材料在有限的塑性应变后都会失效。在这里，流体静压力对应变的依赖性被明确地计算并示出具有对数发散，其确定断裂应变。理论结果与商业合金的力学试验给出的断裂应变的比较显示出很好的一致性。
2018-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Effect of a weak magnetic field on ductile-brittle transition in micro-cutting of single-crystal calcium fluoride
当弱磁场改变材料塑性时，磁塑性发生，并提供了一种可行的解决方案来增强脆性材料的延性模式切削。本研究证明了非磁性单晶氟化钙（CaF 2）的磁塑性效应的敏感性。在20 mT弱磁场作用下的微变形实验中证实了磁塑性对CaF 2的影响。在磁场的作用下，表面堆积效应减弱10-15 nm，塑性区扩大，裂纹扩展受到抑制。沿CaF 2（111）晶面不同晶向的微切削试验表明，在磁塑性的帮助下，加工表面的韧脆转变增加，其中沿[11-2]晶向从512 nm到664-806 nm的范围内韧脆转变增加最大。同时，亚表面损伤层在磁场的影响下同时变薄。磁场相对于单晶取向和切割方向的各向异性的影响也被观察到。推导出一个分析模型，以确定一个成功地描述了各向异性的取向因子M，同时考虑单晶位错行为，材料断裂韧性，和方向的磁场。通过密度泛函理论计算证实了以前提出的缺陷组态中非单重电子态形成的磁塑性理论机制。弱磁场对塑性影响的成功发现为非磁性材料的磁辅助微切削的采用提供了机会。
2021-11-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ductile-to-brittle transition and yielding in soft amorphous materials: perspectives and open questions
软质无定形材料是我们周围普遍存在的粘弹性固体，从粘土和水泥浆到食品或生物医学工程中遇到的乳液和物理凝胶。在外部变形下，这些材料经历了从固态到液态的显著转变，从而重塑了材料的微观结构。这种屈服的转变是2023年1月9日至13日在莱顿洛伦兹中心举行的研讨会的主题。这里展示的手稿提供了一个关于这个主题的批判性观点，综合了本周充满活力的思想交流中展开的各种头脑风暴会议和非正式讨论的见解。这些交流的结果采取了一系列开放性问题的形式，这些问题代表了在不久的将来要解决的突出的实验、数值和理论挑战。
2023-12-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Blending stiffness and strength disorder can stabilize fracture
准脆性行为，其中宏观失效之前是稳定的损伤和强烈的开裂活动，是材料的理想特征，因为它使断裂可预测。基于一个纤维束模型与全球负载共享，我们表明，混合强度和刚度的材料元素的无序导致稳定的断裂，即样品是脆的，当一个源的混乱是存在的，成为准脆性的混合的结果。我们推导出一个条件的准脆性行为的联合分布的两个来源的障碍。当无序量逐渐减少时，破裂突发具有指数为5/2的幂律尺寸分布，而没有向较低指数的任何交叉。研究结果对材料的设计具有实际意义，可提高建筑物的安全性。
2016-04-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Microscopic insights into the failure of elastic double networks
如果将两种网络组合成一种材料，则聚合物材料的韧性可以显著增加。这种增韧效应是从脆性到韧性失效响应的转变的结果。虽然这种转变和伴随的增韧效应已经在水凝胶中首次得到证实，但该概念在弹性体和宏观复合材料中也被证明是有效的。这表明这种转变不是由特定的分子结构引起的，而是由与两个互穿网络之间的机械相互作用有关的一般物理原理引起的。在这里，我们采用理论和计算机模拟，启发了这一一般原则，研究如何无序控制脆韧性转变在宏观和微观水平。随机弹簧网络模型具有两种不同的弹簧类型，使我们能够研究的初始无序和网络引起的应力异质性对这种转变的联合作用。我们发现，一个机械力平衡给出了一个很好的描述的脆韧性转变。此外，在弹簧模型中包含的无序预测四个不同的故障制度沿脆韧性响应与实验结果一致。最后，我们表明，网络结构可以导致应力集中，扩散损伤和损失的渗流取决于故障制度。因此，这项工作提供了一个框架的设计和优化的双网络材料，并强调网络结构的韧性的聚合物材料的重要性。
2020-06-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
From Brittle to Ductile: A Structure Dependent Ductility of Diamond Nanothread
作为下一代设备或多功能材料的潜在构建块，几乎遍布每个技术领域，一维（1D）碳纳米材料已受到广泛的研究兴趣。最近，一种新的超薄金刚石纳米线（DNT）加入了这个调色板，这是一个1D结构，具有由Stone-Wales（SW）转换缺陷连接的聚苯部分。利用大规模的分子动力学模拟，我们发现这种sp3键合的DNT可以通过改变聚苯部分的长度从脆性转变为韧性特征，这表明DNT具有与其他1D碳同素异形体完全不同的力学响应。类似地，SW缺陷表现得像中断聚苯部分的一致性的晶界。对于具有固定长度的DNT，屈服强度在某一值附近波动，并且与“晶粒尺寸”无关。另一方面，屈服强度和屈服应变都显示出对DNT总长度的明显依赖性，这是由于DNT的失效由SW缺陷主导的事实。其高度可调的延展性以及超轻密度和高杨氏模量使金刚石纳米线成为创建非常坚固的三维纳米结构的理想选择。
2016-05-29 cond-mat.mtrl-sci
Unsteady Crack Motion and Branching in a Phase-Field Model of Brittle Fracture
裂纹扩展的数值研究使用连续相场方法的模式III脆性断裂。这些结果揭示了控制加速裂纹速度的物理学原理，以及以波速的一小部分控制特征分支不稳定性。
2004-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Discontinuous Crack Fronts of Three-Dimensional Fractures
通过直接观察凝胶中的脆性裂纹，研究了裂纹前缘的三维结构与断裂表面形貌之间的关系。在这项研究中的一个关键概念是裂纹前沿的不连续性，其前进创建的断裂面。我们讨论了我们的研究结果在一般的三维脆性断裂的研究意义。
1998-10-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Simulation of Stochastic Discrete Dislocation Dynamics in Ductile Vs Brittle Materials
本研究通过2D-DDD模拟对比铝和钨的位错动力学，针对经典扩散模型无法解释位错超扩散及长程相互作用的问题，提出基于机器学习参数获取的非局域输运概率密度模型。
2024-08-27 cond-mat.mtrl-sci cs.NA math.NA
A size-dependent ductile fracture model: Constitutive equations, Numerical implementation and Validation
从分子动力学、离散位错动力学和连续介质力学数值模拟中，已经预测了多孔韧性材料在微米或纳米尺度上的尺寸效应，这是几何必要位错的结果或由于空隙基质界面的存在。对于给定的孔隙率，随着空隙尺寸减小，需要更高的应力来使材料变形。然而，大多数用于韧性断裂建模的多孔材料的均质化模型是尺寸无关的，即使在结构材料中通常观察到微米或纳米孔隙。基于文献中提出的纳米多孔材料的屈服准则，提出了一个轴对称加载条件下的多孔材料的尺寸相关的均匀化模型，包括孔隙生长和合并以及孔隙形状的影响。详细介绍了本构方程的数值实现。通过与考虑界面应力的多孔单胞有限元模拟进行比较，验证了均质化模型，该模型与用于推导屈服准则的模型一致，旨在对空隙矩阵界面处的额外硬化进行建模。最后讨论了改进模型的可能性，并从理论上推导了改进的屈服准则和演化规律。
2019-10-26 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Thermal weakening of cracks and brittle-ductile transition: a phase model
我们提出了一个模型的热激活裂纹在弹性基体中的传播。传播被认为是一个亚临界现象，其动力学被描述的阿罗修斯定律。在这一定律中，我们考虑了裂纹前缘的热演化，假设一部分释放的机械能在塑性加工区转化为热量。我们发现，这样的模型导致一个两相裂纹扩展：第一阶段在低速的温度升高是影响不大，传播主要是由机械载荷和介质的韧性，和第二阶段，在该裂纹是热弱化，并以更大的速度传播。这种双重行为可以潜在地解释通常的粘滑脆性断裂，我们说明如何与模式I裂纹在薄无序介质中传播的数值模拟。此外，我们预测存在一个极限的环境温度以上的削弱相停止存在，我们提出了这种临界现象作为一种新的解释脆韧性转变的固体。
2020-02-25 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Universality and stability phase-diagram of two-dimensional brittle fracture
在强动态条件下，实验观察到的一类脆性材料的二维振荡裂纹不稳定性，最近已被再现的非线性相场断裂理论。在这里，我们突出了这种不稳定性的普遍性，它是存在于材料表现出广泛不同的近裂纹尖端的弹性非线性，并通过演示的振荡波长遵循一个通用的主曲线耗散相关的和非线性弹性的内在长度尺度。此外，我们表明，在增加断裂的驱动力，高速尖端分裂不稳定性出现，实验证明。分析最终在一个全面的稳定性相图的二维脆性断裂，其显着的属性和拓扑结构是独立的近端非线性的形式。
2018-07-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft nlin.PS
Brittle-to-ductile transition and strain relaxation in Si$_{1-x}$Ge$_x$ linearly graded buffers
研究揭示了Si$_{1-x}$Ge$_x$线性梯度缓冲层在不同温度下的应变松弛机制及脆性-韧性转变行为。
2025-12-22 cond-mat.mtrl-sci
Elastic instability behind brittle fracture
研究无缺陷软弹性固体中脆性裂纹的形核机制，指出其源于涉及大转动和软化的几何敏感非线性弹性分岔，并用相场方法刻画亚连续尺度的应变局部化与裂纹形成。
2024-06-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Brittle/quasi-brittle transition in dynamic fracture: An energetic signature
动态断裂实验在PMMA在很宽的速度范围内进行，并揭示，断裂能表现出突然3倍的增加，从它的值在裂纹萌生在一个定义明确的临界速度，低于一个相关的发病的微支化不稳定。这种转变与断裂表面上的二次曲线图案的出现有关，在许多材料中，二次曲线图案是通过微裂纹的成核和生长而扩展的损伤的标志。一个简单的模型可以将能量和断口形貌测量相关联。这些结果表明，在非晶材料中，在低速下的动态断裂是由这里研究的脆性/准脆性转变控制。
2010-02-15 cond-mat.mtrl-sci physics.class-ph
Marine mussel plaque-inspired super soft, ductile and tough lattices
受贻贝斑块软泡沫启发，本文提出超软、延展且坚韧的弹性体点阵结构，通过实验与数值模拟揭示其断裂能对体积分数敏感并关联桁架失效与节点失效两种模式，为轻质耐损伤超材料设计提供基础。
2024-01-13 cond-mat.mtrl-sci
A micromechanics-based variational phase-field model for fracture in geomaterials with brittle-tensile and compressive-ductile behavior
本文提出了一个框架，模拟在不同的加载条件下，准脆性岩土材料的破坏。提出了一种基于微观力学的模型，其中场变量与微裂纹水平的物理机制相关联：损伤与微裂纹的生长有关，而塑性与闭合微裂纹的摩擦滑动有关。因此，进入自由能的硬化/软化函数和参数遵循单一退化函数和弹性材料性质的定义。拉伸条件下，张开型微裂纹演化为脆性行为和I型断裂;压缩/剪切条件下，摩擦滑动条件下闭合型微裂纹演化为韧性行为和II型断裂。摩擦滑动被赋予了非结合律，这是模型的一个重要方面，它考虑了膨胀的影响，并允许具有非零摩擦能量耗散的真实材料响应。尽管非结合律，一个变分一致的制定提出了使用能量平衡和稳定性的概念，以下的率无关系统的能量制定。首先描述了模型的材料响应，其次是数值实现过程和几个基准有限元模拟。结果强调了该模型描述拉伸、剪切和混合模式断裂以及脆韧性转变响应的能力。一个关键的结果是，凭借的微观力学参数，现实的故障模式可以被捕获，而不诉诸通常的启发式修改相场文献中考虑。参考以前的数值研究，实验证据和分析断裂准则的数值结果进行了深入的讨论。
2021-11-11 cond-mat.mtrl-sci cs.NA math.NA
Nanoscale brittle-to-ductile transition of the C15 CaAl$_2$ Laves phase
本研究通过原位高温测试首次揭示C15 CaAl$_2$ Laves相在约0.55T$_m$发生纳米尺度脆韧转变，归因于位错塑性增强，并定量了断裂韧性变化。
2024-03-19 cond-mat.mtrl-sci
Thermal noise and the branching threshold in brittle fracture
许多研究已经证实，当裂纹速度超过某个阈值速度时，脆性材料中的裂纹会分支，但该阈值的值尚不清楚。几乎所有的理论计算都将阈值高估了两倍或更多。我们表明，热噪声可以降低阈值的一个相当大的量，我们建议，这种效果可以解释的差异。
1999-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Brittle fracture down to femto-Joules - and below
我们分析了大量的能量释放数据所产生的应力诱导脆性断裂在纯蓝宝石晶体在接近零的温度，随机波动是最小的。等待时间的分布遵循观察到的岩石破裂和地震。尽管事件的时间相关性很强，而且存在大事件前兆，但简单的预测算法只能在很弱的概率意义上取得成功。我们还讨论了进一步的低温实验达到接近单键灵敏度，并能够调查存在的过渡应力制度的前景。
2007-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Straight cracks in dynamic brittle fracture
本文利用晶格模拟方法研究了裂纹速度与声速相当时脆性材料中裂纹的动力学行为。惯性和阻尼动力学进行了分析。结果表明，耗散强烈影响的形状的裂纹。虽然惯性裂纹是高度不稳定的，耗散可以稳定直裂纹。我们的结果可以帮助解释最近的实验PMMA。
1998-12-24 cond-mat.mtrl-sci
Unravelling brittle fracture statistics out of self-healing patterns forming during femtosecond laser exposure
飞秒激光在脆性材料表面的写入图案可以显示从自组织到无序结构的再生随机转变。在这里，我们表明，这种随机的间歇性行为进行相关的断裂统计信息，如所谓的威布尔参数。此外，我们绘制了一个现象学的类比与空闲和繁忙的周期中出现的闪烁系统，我们用来建立这些连续的激光产生的周期是统计独立的。基于这种类比，并结合微观观察，我们提出了一种实验方法，绕过了许多标本建立统计相关的合奏断裂试验的需要。这种方法可能是通用的，因为它可以适用于大量的脆性材料。
2017-04-19 cond-mat.mtrl-sci
