Strain Hardening of Polymer Glasses: Entanglements, Energetics, and Plasticity
模拟被用来研究聚合物玻璃中应变硬化的微观起源。虽然在很宽的温度范围内的应力-应变曲线可以拟合熵网络模型预测的函数形式，但许多其他结果与这些模型的物理图像根本不一致。应力太大而不能成为熵，并且与温度有错误的趋势。在大应变下，最引人注目的硬化反映了能量的增加，因为链在纠缠之间被拉紧，而不是熵的变化。当加热到玻璃化转变温度以上时，只有在变形样品的形状恢复过程中才观察到弱的熵应力。虽然短链不形成缠结网络，但它们表现出部分形状恢复、取向和应变硬化。所有链长的应力崩溃时，对链拉伸的微观措施，而不是宏观拉伸绘制。热对应力的贡献与通过链间键的断裂和重整测量的塑性速率成正比。这些观察结果表明，应变硬化的正确微观理论应该基于玻璃态物理学，而不是橡胶弹性。
2008-01-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
A Study of Hardening Behavior Based on a Finite-Deformation Gradient Crystal-Plasticity Model
对Gurtin（2008 b）提出的定义明确的有限变形梯度晶体塑性模型的控制组分的不同作用进行了系统研究，以可视化该模型在预测单晶中广泛的硬化行为以及速率相关、尺度变化和Bauschinger样响应方面的能力。位错的积累速率的函数被采用，并被视为一种措施，形成短程相互作用，阻碍位错运动内的晶体。该模型首先表示在参考配置的数值实现的目的，然后通过用户定义的子程序（UEL）在有限元软件ABAQUS中实现。我们的模拟结果表明，耗散梯度强化也被确定为各向同性硬化行为的来源，这代表了（Gurtin和Ohno，2011）介绍的冷加工的效果。此外，在不同的尺度和不同的加载条件下，可以明显地观察到预定滑移系中的塑性流动和GND累积的扩展。
2016-11-16 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Predictive Crystal Plasticity Modeling of Single Crystal Nickel Based on First-Principles Calculations
为了减少晶体塑性有限元法（CPFEM）对实验拟合数据的依赖，提出了一种基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算结合预测纯Ni单晶应变硬化行为的方法.通过Peierls-Nabarro方程使用通过基于DFT的方法计算的理想剪切强度和弹性性质来评估流动阻力，其中硬化行为通过在第一性原理计算中对超晶胞施加应变来建模。单独考虑，纯刃位错的弹性相互作用捕获硬化行为的小应变单滑移系统。对于较大的应变，硬化是通过边缘和螺杆流动阻力分量的应变加权线性组合来捕获的。在本框架中未预测组合率，但通过多个加载方向的大应变（~0.4）与实验的一致性表明，通过结合介观物理学的分析模型，可以实现更具有预测性的晶体塑性建模。
2022-01-17 cond-mat.mtrl-sci
Extrinsic plastic hardening of polymer thin films in flat punch indentation
受限的几何形状提供了有用的和实验上经得起考验的机械测试安排，在其中研究的分子和微观结构的过程中，支配在由流体静压力超过剪切的应力环境中的塑性屈服。然而，宏观应力应变行为的变化，从无侧限模式，如单轴压缩切换到一个有约束的，往往被忽视，并显示出令人惊讶的复杂程度，即使是简单的弹塑性本构模型。在这里，我们报告的约束诱导应变硬化效应的聚苯乙烯薄膜实现通过反复塑性加载的圆柱形平冲头，其直径是许多倍的初始膜厚。这种高纵横比与由接触周围的膜材料提供的约束相结合，以在缩进区域中产生受限的单轴应变状态，从而使变形一维。通过重复加载到塑性域中，我们实现了有限屈服应力增加66%，从0.3 GPa增加到0.5 GPa。通过有限元模拟和分析建模的主应力和应变，我们表明，这种效果产生的材料的结构的内在变化，而是残余应力在塑性加载过程中给予。我们将这种效应与玻璃态薄膜的内在变化（如物理老化和热交联）进行了对比。
2021-02-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamic theory of dislocation-mediated plasticity
我们重新制定的多晶塑性理论，在外部驱动，非平衡的情况下，通过写运动方程的能量和熵与位错的流动。在这个一般的框架内，并使用一个极小模型的热辅助脱钉基本上只有一个可调参数，我们发现，我们的理论适合应变硬化数据的铜在很宽的温度范围和60年的应变速率。我们预测第二阶段和第三阶段硬化之间的过渡，包括观察到这种过渡发生在更高的温度下较小的应变。我们还解释了为什么应变率硬化是非常弱的大利率，而且，只有一个额外的数字，我们准确地预测交叉幂律率硬化在强冲击制度。我们的分析在几个重要方面不同于传统的位错介导的连续理论。我们提供了一些历史背景，并讨论了这些差异的理由。
2010-01-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Application-oriented strain-hardening engineering of high-manganese steels
高锰钢（HMnS）出色的机械性能是其高应变硬化性的结果。这是由动力回复的强烈抑制，主要的平面滑移，以及其他变形机制的激活，如相变诱导塑性（TRIP）和孪生诱导塑性（TSTK）。然而，取决于最终应用，对HMnS的机械性能的强烈不同的要求是相关的。为了针对特定应用设计HMnS，需要考虑允许预测最终机械性能的加工条件下的多尺度材料模拟，即基于集成计算材料工程（ICME）的应变硬化工程。在这项工作中，我们提出了一种方法，采用合金选择的堆垛层错能计算，这使得激活/抑制特定的变形机制。定制制造，例如通过热机械处理、剧烈塑性形变或增材制造，提供了在加工期间和之后利用应变硬化性来限定机械性能的可能性。将讨论合金和工艺设计的计算方法。
2019-09-18 cond-mat.mtrl-sci
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
Hydrogen-induced hardening of a high-manganese twinning induced plasticity steel
研究Fe-26.9Mn-0.28C TWIP钢表层电化学充氢后的硬化行为，揭示氢通过晶界偏析改变位错形核、滑移及ε-马氏体形成机制。
2023-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Characterisation of slip and twin activity using digital image correlation and crystal plasticity finite element simulation: Application to orthorhombic $α$-uranium
校准和验证晶体塑性材料模型是一项重大挑战，特别是对于具有许多潜在滑移和孪晶系统的材料。在这里，我们使用数字图像相关的粗晶粒$α$ -铀在拉伸试验与晶体塑性有限元模拟。这种方法使我们能够确定的临界解析剪切应力，和硬化率的不同的滑移和孪生系统。本构模型是基于位错密度作为状态变量和模拟的几何构造从电子背散射衍射图像，提供形状，尺寸和晶粒的取向，允许虚拟和真实的实验之间的直接比较。一个优化算法是用来找到的模型参数，再现每个晶粒的平均应变的演变，随着负载的增加。一个拉伸杆，包含四个晶粒对齐的负载方向，被用来校准模型与8个未知参数。然后，通过模拟第二个拉伸杆中的应变分布，独立验证该方法。不同的机制的双系统的硬化进行了评估。最活跃的孪晶系统的潜在硬化是由共面孪晶和滑移决定的。最活跃的滑移系的硬化速率低于细粒$α$ -铀。该方法可用于其它粗晶材料的临界分辨剪应力和硬化参数的识别。
2020-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Constitutive modeling of the tension-compression behavior of gradient structured materials
通过剧烈塑性形变技术加工的梯度结构（GS）金属可以被设计成同时实现高强度和高延展性。显著的随动硬化是其优异的应变硬化能力的关键，这导致了良好的强度-延性组合。不幸的是，没有建立本构模型来模拟和分析GS金属的特征随动硬化行为，以了解它们的微观结构和宏观响应之间的关系。在这项工作中，我们开发了一个基于变形机制的应变梯度塑性模型，考虑到从晶粒到样品尺度的塑性不均匀性。建立了一个考虑位错堆积对晶粒尺寸依赖性的背应力模型，用于描述GS材料的循环变形特性。所建立的模型统一的几何必要的位错容纳内部塑性不均匀性，所产生的背应力和可逆的位错在反向加载到一个应变梯度塑性框架，而不引入过多的独立的材料参数。该模型的有限元实现定量预测的单轴拉伸和拉伸-压缩响应的GS铜棒，以及具有均匀的晶粒尺寸的参考样品。研究发现，GS铜表现出增强的随动硬化，这主要是由于GS层中的细晶粒，并有助于GS材料的相当大的延展性。该模型允许调查的机械响应和优化性能的材料与各种类型的空间异质晶粒微观结构。
2020-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Strain hardening-softening oscillations induced by nanoindentation in bulk solids
纳米压痕法是一种广泛应用的灵敏探测微机械系统力学性能的方法。我们推导出一种经验分析技术，从纳米压痕测量中提取应力应变场梯度和发散表示。通过这种方法，可以发现局部梯度和非均匀性，以获得有关样品微观结构的更多细节，从而提高纳米压痕技术的分析能力。我们分析了纳米压痕测试散装固体基板，即轴承和工具钢，熔融石英。揭示了纳米压痕实验在亚表层引起的应力应变场梯度和发散的振荡。在低压痕深度（< 100 nm）的单次测量中，振荡尤其突出，而它们在平均数据集中被隐藏。当压头靠近原子层时，应力-应变场发散振荡的振幅呈次线性幂律衰减，钢的指数为-0.9，石英的指数为-0.8。振荡被解释为交替应变硬化-软化循环下的压头载荷在次表层诱导。对弹性和塑性应力-应变场分量的选择性评估表明了弹性-塑性形变过程，其中法向应变转化为剪切应变，导致塑性形变。
2016-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Statistical Thermodynamics of Strain Hardening in Polycrystalline Solids
本文首先对Langer、Bouchbinder和Lookman在2010年提出的位错介导塑性的统计热力学运动方程进行了系统的重新推导。然后，它使用该理论来解释的异常率硬化行为在1988年报告的Follansbee和Kocks，并探讨硬化率和晶粒尺寸之间的关系在1995年报告的Meyers等人。一个中心主题是需要物理为基础的，非平衡分析，在发展预测理论的强度多晶材料。
2015-06-26 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation Density-Based Plasticity Model from Massive Discrete Dislocation Dynamics Database
通过对200多个单轴拉伸下塑性形变的离散位错动力学（DDD）模拟的系统粗粒化分析，提出了一个基于位错密度的单晶铜应变硬化模型。建议的本构模型有两个组成部分：一个广义泰勒关系连接解决剪切应力的位错密度在个人滑移系，和一个广义Kocks-Mecking模型的位错增殖。DDD数据强烈表明，对数依赖的流动应力的塑性剪切应变速率上的每个滑移系，和，等效地，指数依赖的塑性剪切应变速率上解决的剪切应力。因此，建议的广义泰勒关系包含Orowan关系的塑性流动。DDD数据还要求对位错倍增的Kocks-Mecking模型进行修正，以考虑塑性剪切应变率可忽略不计的滑移系上位错密度的增加。这是通过允许每个滑移系上的倍增率包括来自两个共面滑移系的塑性应变率的贡献来实现的。由此产生的本构模型成功地捕捉应变硬化率依赖于加载方向的DDD模拟预测，这也是与现有的实验相一致。
2020-06-16 cond-mat.mtrl-sci
Machine-learning potentials for structurally and chemically complex MAB phases: strain hardening and ripplocation-mediated plasticity
针对MLIPs多针对简单材料训练的局限，本研究拟合复杂MAB相的MLIPs并高通量预测其结构力学性质，通过纳米拉伸试验揭示其变形行为，发现W₂AlB₂可通过波纹位错和孪晶在宽温域延缓断裂。
2025-03-20 cond-mat.mtrl-sci
A simple and robust elastoplastic constitutive model for concrete
混凝土的弹塑性模型，最近提出的屈服面和简单的硬化规律的基础上，制定，实施，数值试验和验证对现有的测试结果。屈服面是光滑的，特别适合于代表岩石类材料的行为，如混凝土，砂浆，陶瓷和岩石。提出了一类新的各向同性硬化律，它既可以给出增量形式，也可以给出相应的有限形式。这些定律描述了从线性弹性到塑性行为的平滑过渡，包括线性和非线性硬化，并且在后一种情况下可能接近理想塑性极限。该模型的可靠性证明了它的能力，正确地描述了一些有据可查的三轴试验混凝土受到各种限制水平所产生的结果。由于其简单性，该模型是非常强大的，非常适合用于复杂的设计情况下，如那些涉及动态负载。
2014-04-24 cond-mat.mtrl-sci
Strain rate dependency of dislocation plasticity
位错滑移是一种普遍的变形方式，决定着金属的强度。通过离散位错动力学和分子动力学模拟，我们研究了应变率和位错密度的块状铜单晶强度的依赖性，使用192模拟跨越超过10个数量级的应变率和9个数量级的位错密度。基于这些大量的模拟和理论分析，材料强度，位错密度，应变速率和位错迁移率之间的一个新的解析关系提出，这是在目前的模拟以及与实验数据非常吻合。结果表明，材料强度是位错密度的非单调函数，随着位错密度的增加，材料强度呈现出先减小后增大的两种普遍规律。第一个政权是应变率硬化的结果，而第二个政权是由经典的泰勒森林硬化占主导地位。因此，强度普遍显示，作为应变率的函数，在低应变率下的速率无关制度（由森林硬化控制），然后在高应变率下的速率硬化制度（由应变率硬化控制）。所有的结果都可以通过一个缩放函数来捕获。最后，位错流的波动进行了分析的应变率依赖的位错段速度分布。研究发现，涨落受另一个普适标度函数支配，并在与速率无关的极限处发散，表明存在临界行为。目前的分析提供了一个全面的了解如何集体位错运动的内部弹性相互作用的位错之间的竞争，并在一个给定的外部施加的应变率驱动位错通量所需的应力。
2020-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Prediction of Yield Surface of Single Crystal Copper from Discrete Dislocation Dynamics and Geometric Learning
本研究利用离散位错动力学模拟与几何流形学习，预测单晶铜屈服面，揭示不同加载方向下各向同性或潜在硬化行为及其位错机制。
2024-02-02 cond-mat.mtrl-sci
Pattern formation in a minimal model of continuum dislocation plasticity
非均匀位错花样的自发出现是结晶固体塑性形变和应变硬化的一个显著特征。尽管在缺陷社区的材料科学和物理学方面进行了长期的努力，但是关于导致位错图案形成的物理机制还没有普遍的共识。为了建立基本的机制，我们制定了一个非常简化的，极小模型，以调查的形成模式的基础上连续理论的流量弯曲位错。我们表明，应变硬化体现在泰勒型位错密度的流动应力的依赖性，结合结构的运动方程，支配位错运动的作用下的外部应力，已经足够的位错图案的形成是一致的相似原理。
2015-05-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Numerical Investigations of Strain-Gradient Plasticity with Reference to Non-Homogeneous Deformations
本文研究了小应变区的高阶无旋应变梯度塑性理论。一个详细的数值研究是基于简单的剪切问题的非均匀块，包括弹塑性材料与刚性？弹性夹杂微硬和微自由边界条件的组合使用。的强化和硬化行为的耗散和能量的长度尺度的关系进行了探讨。通过施加微硬边界条件，对长度尺度有很强的依赖性。对于微观自由条件有显着的初始屈服耗散长度尺度的依赖性，虽然在屈服后制度的差异很小。在硬化行为的情况下，能量长度尺度的变化可以忽略不计。数值研究的另一个现象与耗散问题屈服函数的全局性质有关;该函数作为塑性应变增量函数的最小上界给出，并且不能解析地确定。的精度上限近似的屈服函数进行了探讨，并发现在其预测的初始产量是合理的尖锐。
2019-01-11 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation interactions during low-temperature plasticity of olivine strengthen the lithospheric mantle
岩石圈的强度通常是基于稳态流动的本构方程建模的。然而，岩石圈挠曲模型揭示了岩石圈强度的差异，这些差异很难根据这种流动定律来协调。最近的流变学数据从橄榄石的低温变形实验表明，这种差异可能在很大程度上解释了应变硬化。力学数据的细节，特别是存储在样品中的温度无关的背应力的影响，表明应变硬化在橄榄石中发生主要是由于位错之间的长程弹性相互作用。这些解释提供了一个新的流动定律，包括发展的背应力硬化的基础。在这里，我们测试这一假设，通过检查橄榄石样品的微观结构变形塑性在室温下，无论是在变形DIA装置在差应力为< 4.3 GPa or in a nanoindenter at applied contact stresses of >10.2 GPa。高角分辨率电子背散射衍射图揭示了在两组样品中存在密度通常高于10 $^{14}$ m $^{-2}$的几何必需位错和大约1 GPa的残余应力的晶内不均匀性.扫描透射电子显微镜照片显示直位错沿滑移带排列，并与其他类型的位错相互作用，作为障碍。位错沿其滑移面的应力不均匀性和累积与位错间长程背应力引起的应变硬化一致。这些结果证实了支持低温塑性新流动定律的形式的力学数据，并提供了新的微观结构标准，用于识别这种变形机制在天然样品中的操作。
2019-09-18 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Strain Hardening in Polymer Glasses: Limitations of Network Models
模拟被用来研究聚合物玻璃中应变硬化的微观起源。虽然传统的熵网络模型可以拟合总应力，但其基本假设与模拟结果不一致。有一个实质性的能量贡献的应力，迅速上升之间的缠结段被拉紧。应力的热分量对缠结不太敏感，大部分是不可逆的，并且与局部塑性排列的速率直接相关。缠结和未缠结的链显示相同的应变硬化时，绘制对微观链的取向，而不是宏观应变。
2007-05-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Anomalous Hardening in Magnesium Driven by a Size-Dependent Transition in Deformation Modes
镁及其合金作为一种节能结构材料在汽车、航空航天等领域具有巨大的应用潜力。然而，镁合金的使用由于延展性和可成形性差而受到限制。镁合金力学性能差的主要原因是滑移系数量不足，而形变孪晶在调节塑性形变中起着重要作用。在这里，我们报告了一个全面的实验和模拟研究，以了解晶体尺寸对变形模式在孪晶取向镁单晶的转变。实验揭示了两种尺寸效应：（1）单孪晶扩展，在直径为18 μm的柱状晶{ \le }中，典型的“越小越强”行为占主导地位;（2）孪晶-孪晶相互作用，在直径大于18 μm的柱状晶中，导致反常应变硬化。分子动力学模拟进一步表明，从孪晶到位错介导的塑性晶体尺寸低于几百纳米的过渡。我们的研究结果提供了新的理解的基本变形模式的孪晶取向镁从纳米尺度到块体，并通过尺寸细化设计具有优异的机械性能的镁合金的见解。这随后可以实现更多地利用镁合金作为技术相关应用中的结构材料。
2016-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced mobility of dislocation network nodes and its effect on dislocation multiplication and strain hardening
本文通过对比MD与DDD模拟，发现BCC晶体中位错网络节点具有此前未知的运动自由度，将其纳入DDD后可显著改善对位错增殖、回复和存储及应变硬化的预测。
2024-04-02 cond-mat.mtrl-sci
Rate-and-State Theory of Plastic Deformation Near a Circular Hole
我们表明，一个简单的速率和状态理论占大多数功能的时间无关和时间相关的塑性在空间不均匀的情况下，特别是，在一个大的应力板圆孔。这些特征包括在小的施加应力下的线性粘弹性流动，在较大应力下的应变硬化，以及在屈服应力下向粘塑性的动态转变。在静态极限下，该理论预测在某些参数范围内（但不是所有参数范围内）孔附近存在塑性区。速率和状态理论还预测了动态失效模式，我们认为这可能与断裂力学有关。
1999-06-04 cond-mat.mtrl-sci
Microscopic constitutive theory of stress overshoot, yielding, and strain hardening in amorphous materials
University of Milan（米兰大学）；Michigan State University（密歇根州立大学）
该研究基于非仿射弹性与不可逆多体弛豫耦合，为金属和聚合物玻璃非线性变形建立微观本构理论，解释应力过冲等现象，通过拉伸指数弛豫指数等定量再现多材料实验曲线，建立统一微观框架。
2026-07-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Dislocation Networks and the Microstructural Origin of Strain Hardening
当金属塑性变形时，随着显微组织的不断细化，位错的总密度随着应变而增加，导致应变硬化行为。在这里，我们报告的结形成过程中所发挥的基本作用，在面心立方（FCC）铜的位错微观结构演化和应变硬化率之间的连接，所揭示的离散位错动力学（DDD）模拟。在[001]加载过程中形成的位错网络由长度严格遵循指数分布的线段组成。这种指数分布是由不同滑移面上的位错形成的结的结果，其可以被建模为一维泊松过程。我们发现，根据指数分布，位错微观结构的演变是由两个无量纲参数，和硬化速率控制的稳定结形成的速度。通过在DDD模拟中选择性地禁用特定的结类型，我们发现在FCC晶体中的四种类型的结中，滑动结对应变硬化率做出了主要贡献。
2017-11-30 cond-mat.mtrl-sci
Plastic Work Partitioning During Slip- and Twinning-Dominated Deformation in AZ31B Magnesium Alloy
Institute of Fundamental Technological Research, Polish Academy of Sciences（波兰科学院基础技术研究所）
研究了AZ31B镁合金在滑移和孪生主导变形中的塑性功分配，揭示了不同变形机制对能量存储和耗散的影响。
2026-07-14 cond-mat.mtrl-sci
Strengthening and toughening mechanisms in heterostructured laminates revealed by a phase field-enhanced crystal plasticity simulation
Sichuan Province Key Laboratory of Advanced Structural Materials Mechanical Behavior and Service Safety, School of Mechanics and Aerospace Engineering, Southwest Jiaotong University（西南交通大学力学与航空航天学院）；School of Materials Science and Engineering, Southwest Jiaotong University（西南交通大学材料科学与工程学院）；Department of Engineering Mechanics, School of Aeronautics and Astronautics, Zhejiang University（浙江大学航空航天学院工程力学系）；WW8-Materials Simulation, Department of Materials Science, Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡大学材料科学系）
本研究通过相场增强的晶体塑性模拟揭示了异质结构层合材料中强化和增韧机制，为材料设计和优化提供了理论支持。
2025-12-02 cond-mat.mtrl-sci
Chromium hardening and Peierls mechanism for basal slip in sapphire at temperatures between 900 and 1500 $^\circ$C
本研究通过力学测试和位错滑移模型，揭示了Cr掺杂对蓝宝石在900-1500°C下基底滑移的硬化效应，且屈服应力增量随温度恒定，硬化随Cr浓度增加而增强。
2024-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation pattern formation in finite deformation crystal plasticity
首次证明了有限变形晶体塑性中应力位错斑图形成的规律。在同一数学模型中也证明了尺寸效应。该模型在经典晶体塑性理论的基础上增加了两个额外的材料参数。所示的位错微观结构是从变形微观结构中分离出来的，并且在没有考虑与交叉滑移相关的潜在硬化或本构假设的情况下出现。晶体取向对斑图形成和机械响应的影响也被证明。显然无关的必要性的乘法分解的变形梯度，塑性变形张量，并选择一个参考配置在我们的模型来描述塑性的微观力学，因为它产生于位错的存在和运动是值得注意的。
2018-12-01 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Defining structural gradient hardening through Type II back stress for heterostructured materials
本文提出异构材料的“结构梯度硬化”概念，并将背应力分解为I型与II型，其中II型用于量化结构及应变梯度带来的额外强化。
2025-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Decoupling Strain-Rate Sensitivity and Deformation Length Scale Effects in Neutron-Irradiated Tungsten: A Coupled Nano-Indentation, HR-EBSD and Crystal Plasticity Study
Indian Institute of Science（印度科学学院）；University of Oxford（牛津大学）；UK Atomic Energy Authority（英国原子能管理局）
研究中子辐照钨中应变速率敏感性和变形长度尺度效应的耦合，采用球形纳米压痕等方法及CPFE建模，校准并验证模型，发现应变速率和压痕深度分别控制不同方面，该框架可用于相关材料本构建模。
2026-11-06 cond-mat.mtrl-sci
Temperature and high strain rate dependence of tensile deformation behavior in single crystal iron from dislocation dynamics simulations
我们进行位错动力学（DD）模拟铁周期单晶拉伸载荷下在几个高应变率和温度。模拟使最近发展的温度依赖的位错迁移率关系从原子计算。在模拟中的塑性演化是由快速的初始位错增殖，其次是饱和的流动应力时，缓慢的塑性载体的亚群变得稳定的位错湮灭。在500 K以上，刃型位错与螺型位错共存，对流变应力的贡献成正比。DD模拟被用来解释冲击加载实验在铁方面的相对重要性，不同的强化机制。我们发现，在$10^4$ -$10^6$的$^{-1}$应变速率制度，加工硬化解释了冲击加载的大块铁晶体的硬化。
2013-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Dependency of the Young's modulus to plastic strain in DP steels: a consequence of heterogeneity ?
双相钢回弹的准确预测一直是一个重大的挑战。结果表明，这是由于缺乏了解他们的非线性卸载行为，特别是他们的卸载模量的塑性预应变的依赖性。一个所谓的分区有限元模型的开发。在这个模型中，每个单元被分配一个唯一的线弹性J2塑性行为没有硬化。该模型的特殊性在于：（i）统计分布以确定性的方式离散化，并用于将屈服应力分配给称为隔室的结构;（ii）这些隔室通过随机隔室元素映射（CEM）与元素随机关联。并行模拟多个CEM以研究模型的内在随机性。该模型面临着从文献中提取的实验数据，它表明，该模型能够再现的拉伸预应变的表观模量的依赖性。还观察到，即使表观模量不是用于识别模型输入参数的实验数据集的显式输入，也可以预测表观模量的演变。由此推断，硬化的形状和模量对预应变的依赖性是单一原因的两种表现：DP钢中的非均匀屈服应力。
2020-02-13 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Co-development of significant elastic and reversible plastic deformation in nanowires
当材料经受外加应力时，材料将经历可恢复的弹性形变，随后在外加应力超过材料的屈服应力时的点处发生永久性塑性形变。微观上，塑性的开始通常表明位错运动的激活，这被认为是塑性形变的主要机制。一旦开始塑性形变，由于加工硬化引起的流动应力的有限增加，进一步的弹性形变可以忽略不计。在这里，我们提出的实验证据和定量分析的同时发展的显着的弹性形变和位错为基础的塑性形变在单晶GaAs纳米线（NW）弯曲变形下的总应变~ 6%。观察是在鲜明的对比，以前的概念，关于变形模式。当外部应力释放时，大部分塑性形变会自发恢复，因此类似于弹性形变过程。
2013-03-12 cond-mat.mtrl-sci
A finite element framework for distortion gradient plasticity with applications to bending of thin foils
提出了一种新的通用有限元框架来研究小尺度金属塑性问题。相对于应变梯度塑性理论，所采用的畸变梯度塑性公式的一个显著特征是塑性自旋的本构包含，如Gurtin（2004）通过依赖于Nye位错密度张量的自由能的处方提出的。所提出的数值方案是通过遵循和扩展Fleck和Willis（2009）建立的数学原理而开发的。弯曲下的薄金属箔的建模揭示了显着的影响，由于与高阶边界条件允许位错退出的机构的塑性剪切应变和自旋。如果模型中包括粘塑性或各向同性硬化，则该机制导致在弯矩与曲率方面的意外机械响应，取决于箔长度。为了研究耗散高阶应力的影响，还研究了非比例加载下的力学响应。
2017-11-15 cond-mat.mtrl-sci
Softening Gradient Plasticity: Analytical Study of Localization under Nonuniform Stress
软化引起的塑性应变的局部化可以客观地描述由正则化塑性模型，假定当前屈服应力的依赖于由微分（梯度）表达式定义的非局部软化变量。本文给出了某些特殊非均匀应力分布下一维局部化问题的解析解。一维问题可以解释为描述变截面的受拉杆或受非均匀弯矩作用的梁。显式以及隐式梯度制剂被认为是。研究了塑性应变剖面的演变和载荷-位移图的形状。它表明，即使局部本构关系表现出软化的权利，从屈服开始，全球载荷-位移图有一个硬化的部分。讨论了表征材料和几何形状的内部长度尺度之间的相互作用。
2009-07-09 cond-mat.mtrl-sci
Plastic response by dislocation glide in solid helium under dc strain rate loading
本文建立了一个研究He-4固体中位错滑移和塑性的模型。该模型考虑了Peierls势垒、位错的增殖和相互作用，以及导致位错滑移的经典热激活和机械激活过程。我们专门研究直流应力-应变曲线，以及它是如何受到温度，应变速率和位错密度的影响。作为温度和剪切应变的函数，我们观察到塑性形变，并讨论这可能是如何与实验观察到的弹性异常，在固体hcp的He-4，已经讨论了与超固态或巨塑性的可能性。我们的理论给出了几个预测的直流应力-应变曲线，例如，屈服点和加工硬化率和塑性耗散峰的变化，可以直接比较恒定应变速率实验，从而提供模型参数的界限。
2013-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation Formation and Work-Hardening in Two-Phase Alloys
提出了一种研究两相二元合金中位错形成（相干性损失）和加工硬化的相场模型。在我们的模型中，弹性能量密度是剪切应变和四应变的周期函数，这允许多次形成滑移（位错偶极子）。通过对二维动力学方程的数值积分，我们发现位错在界面区成对出现并发展成滑移。每个滑移的一端优先滑入较软的区域，而另一端保持被困在界面处。在深淬火单轴拉伸下，滑移出现在较软的区域中，并且不渗透到较硬的区域中，从而引起塑性流动中的应力随着施加的应变的增加而增加。
2004-07-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Enabling plastic co-deformation of disparate phases in a laser rapid solidified Sr-modified Al-Si eutectic through partial-dislocation-mediated-plasticity in Si
本研究通过激光快速凝固和Sr改性制备全共晶Al-Si，利用Si纳米纤维中部分位错介导塑性抑制开裂，实现高达26%塑性应变和约840 MPa强度的软硬相协同变形。
2023-07-30 cond-mat.mtrl-sci
High-rate Plastic Deformation of Nanocrystalline Tantalum to Large Strains: Molecular Dynamics Simulation
在这里，我们使用大规模的分子动力学（MD）模拟的高速率变形的纳米晶体钽调查的过程与塑性形变的应变高达100%。我们使用的初始原子配置，通过模拟的凝固在Streitz等人的工作[物理评论快报。96，（2006）225701]。这些3D多晶系统具有10-20 nm的典型晶粒尺寸。我们还研究了快速淬火液体（非晶态固体）钽。我们应用一个恒定的体积（等容），恒温（等温）剪切变形的应变率范围内，并计算得到的应力-应变曲线的大应变单轴和双轴压缩。我们研究的速率依赖性和识别塑性形变机制。通过一种新的技术，计算局部晶粒取向，返回它作为一个四元数为每个原子的机制的识别。我们发现位错和孪晶过程都很重要，它们在这些极细晶组织中的弱应变硬化中相互作用。
2009-02-26 cond-mat.mtrl-sci
Partial differential equations to determine elasto-plastic stress-strain behavior from measured kinematic fields
当控制塑性形变的流动规则未知时，推导了一组偏微分方程（PDE），由观测的运动学场计算全场应力。这些方程推广了以前提出的假设没有弹性的纯塑性行为的方程。本文还提出了一种数值求解这些方程的方法。除了力的平衡，方程推导出的变形梯度的弹塑性分解，假设各向同性，并假设映射的弹性应变应力的函数是已知的。方程组可以直接应用于复杂的几何形状，有限变形，非线性弹性和塑性，可压缩材料，率相关材料，和各种硬化规律。这个系统的偏微分方程是非线性和时间依赖性。此外，它克服了一个重要的限制：它可以直接应用于身体的一些区域弹性变形，而其他区域弹塑性变形的情况。一个二维的单轴拉伸试样的颈缩的情况下，研究来说明和验证的方法。使用从有限元模拟输出的应变场对控制方程进行数值求解，并针对显示准确结果的相同模拟进行验证。
2023-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Work hardening behavior in a steel with multiple TRIP mechanisms
研究了具有两种TRIP机制的Fe-0.07C-2.85Si-15.3Mn-2.4Al-0.017N钢的TRIP行为。初始组织由ε-和α-马氏体组成，残余奥氏体为27%。在前5%的应变下，TRIP行为主要是奥氏体转变为ε-马氏体（第I阶段），但在第I阶段饱和时，ε-马氏体转变为α-马氏体（第II阶段）。合金偏析也影响TRIP行为与合金丰富的区域产生TRIP颈缩之前。第一性原理计算表明，铝显著影响Fe-Mn-Al-C钢的层错能，使不稳定的层错能降低，ε-马氏体更容易形核。铝的加入也提高了本征层错能，使ε马氏体失稳，进一步变形时转变为α马氏体。两阶段TRIP行为产生了1.4的高应变硬化指数，并导致1165 MPa的极限拉伸强度和35%的断裂伸长率。
2012-09-15 cond-mat.mtrl-sci
A mechanism-based gradient damage model for metallic fracture
提出了一种新的基于梯度的弹塑性固体断裂预测公式。损伤捕获的相场模型，认为作为断裂的驱动力的弹性和塑性的作品。材料变形的特点是基于机制的应变梯度本构模型。这种非局部塑性损伤公式的数值实现，并用于模拟断裂在几个范例的边值问题。案例研究的目的是阐明塑料和裂缝长度尺度的作用。研究发现，塑性应变梯度的作用是双重的。当处理尖锐缺陷如裂纹时，塑性应变梯度会提高局部应力并促进断裂。然而，在存在非尖锐缺陷的情况下，失效是由塑性流动的局部化驱动的，塑性流动由于塑性应变梯度引入的额外加工硬化而延迟。
2021-07-28 cond-mat.mtrl-sci cs.CE physics.app-ph
Determining large-strain metal plasticity parameters using in-situ measurements of plastic flow past a wedge
本文提出一种基于楔形塑性流动原位测量、高速摄影与图像测速的金属大应变塑性参数确定方法，通过最小化内外塑性功差距的迭代优化和参数化方案实现唯一识别，并在铜和无铅焊料上验证了其有效性。
2023-06-13 cond-mat.mtrl-sci
Topological changes and deformation mechanisms of nanoporous Ta under compression
本研究通过原子尺度模拟揭示了纳米多孔钽在压缩下的力学性能、变形机制及拓扑变化，发现塑性由位错主导并伴随孪晶与空位形成，且亏格演化与应力-应变各阶段直接相关。
2024-02-19 cond-mat.mtrl-sci
Decomposition process in a FeAuPd alloy nanostructured by severe plastic deformation
研究了Fe_（50）Au_（25）Pd_（25）（at.%）经过剧烈塑性形变加工的合金。用X射线衍射和透射电子显微镜观察相的特征和显微结构。在$450 ^{circ}\mathrm{C}$中均匀化和时效的粗晶合金中，bcc结构的α-Fe和fcc结构的AuPd相在fcc结构的过饱和固溶体中形核，并通过不连续的析出过程长大，形成典型的片层组织。高压扭转使FeAuPd合金的晶粒尺寸减小到50 ~ 100 nm。在$450 ^{circ}\mathrm{C}$下时效，这种纳米结构导致固溶体分解成等轴显微结构。在时效过程中，晶粒生长非常有限，晶粒尺寸保持在100 nm以下。具有不同晶体结构的两相（bcc α-Fe和fcc AuPd）和纳米级晶粒尺寸的组合导致合金的显著硬化
2009-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Modeling damage and fracture within strain-gradient plasticity
在这项工作中，塑性尺寸效应对金属材料的断裂过程的影响进行了数值分析，使用应变梯度塑性（SGP）理论建立从泰勒位错模型。由于大的变形通常发生在裂纹附近，所选择的SGP理论的数值框架，允许大的应变和旋转。在商业有限元（FE）代码的用户子程序中实现的材料模型，和裂纹尖端领域进行了彻底的评估，为无穷小和有限变形理论的边界层制定。进行了广泛的参数研究和裂纹尖端的应力分布的差异，与传统的塑性相比，量化。作为一个结果的应变梯度贡献的材料的加工硬化，有限元结果显示了显着增加的幅度和范围之间的差异的应力场的SGP和传统的塑性理论时，被认为是有限的应变。由于距离裂纹尖端的应变梯度显着改变应力场时，被认为是一个数量级更高，结果表明，塑性尺寸效应可能有重要的影响，在建模的几种损伤机制，其影响尚未被认为是在文献中。
2017-10-15 cond-mat.mtrl-sci
Introduction to Mechanics and Structures
Politecnico di Torino（都灵理工大学）
本文综述了连续力学的基本概念，探讨材料在机械载荷下的行为，区分弹性与塑性行为及其原子起源和宏观影响，分析压力容器和薄轴对称壳体的力学行为及设计原理。
2026-04-07 cond-mat.mtrl-sci physics.acc-ph
Anomalous compliance and early yielding of nanoporous gold
我们提出了一个研究的弹性和塑性行为的纳米多孔金在压缩，侧重于分子动力学模拟和检查的实验数据进行验证。这两种方法都同意在变形的早期阶段具有非常高的弹性顺应性，即使在最小的载荷下也会出现准立即塑性屈服。在第一次加载之前，材料已经在毛细力的作用下经历自发的塑性形变，不需要外部载荷。压缩载荷下的塑性形变伴随着位错储存和位错相互作用，伴随着强烈的应变硬化。我们的结果不支持位错饥饿的情况。在变形过程中，刚度增加，但从来没有接近预测的相关Gibson-Ashby标度律。微观结构的无序影响的塑性形变行为和表面过剩的弹性可能会修改弹性响应，但我们涉及到的异常遵守和立即屈服发病的原子起源：大的表面引起的预应力诱导弹性剪切，使某些地区的材料接近广义层错能曲线的剪切不稳定性。这些区域是弹性高顺应性和塑性弱的。
2015-05-22 cond-mat.mtrl-sci
Towards a theory of flow stress in multimodal polycrystalline aggregates. Effects of dispersion hardening
我们阐述了最近推出的理论的流动应力，包括屈服强度，在准静态塑性形变下的多晶材料，从而扩展的情况下，单模式的聚集体的多峰的两相模型的框架，其特征在于存在的结晶和晶界相。分析和图形形式的广义Hall-Petch关系获得多峰样品BCC（$α$ -相Fe），FCC（Cu，Al，Ni）和HCP（Cu，Al，Ni）和HCP（$α$ -Ti，Zr）晶格在$T=300K$与不同的值的晶界（第二）相。分散硬化的情况下，由于自然纳入模型的第三相，包括额外的掺杂材料的颗粒被认为是。通过改变来自不同晶粒模式的输入以及第二和第三阶段的值，使样品的屈服强度的最大值和相应的极值晶粒尺寸移位。在$150-350K$范围内研究了多峰和弥散硬化对屈服强度温度-尺寸效应的影响。
2019-08-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
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
Hardening and Strain Localisation in Helium-Ion-Implanted Tungsten
钨是未来聚变反应堆中面向等离子体的装甲部件的主要候选材料。在使用中，聚变中子辐照通过碰撞级联产生晶格缺陷。从等离子体注入的氦通过增加缺陷保留来消除损伤。两者都可以用氦离子注入来模拟。在最近对3000 appm氦注入钨（W-3000 He）的研究中，我们假设氦诱导的辐照硬化，然后在变形过程中软化。该假设是建立在观察到的硬度大幅增加，大量堆积和周围的纳米压痕和劳厄衍射测量的局部变形下的压痕形成滑步。在这里，我们测试这一假设，实现它在晶体塑性有限元（CPFE）制定，在W-3000 He在300 K的纳米压痕模拟。该模型认为热激活位错滑移通过氦缺陷障碍，其障碍强度是作为缺陷浓度和形态的函数。只有一个拟合参数用于模拟氦注入钨：缺陷去除率。模拟捕捉本地化的大堆积非常好，并预测有限的领域的晶格畸变和几何必要的位错下的凹痕同意定量与以前的劳厄测量。应变局部化通过高分辨率电子背散射衍射和透射电子显微镜测量从W-3000 He中的纳米压痕中心的横截面抬出进一步确认。
2019-11-23 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph
Ductile damage model for metal forming simulations including refined description of void nucleation
我们解决的预测韧性损伤和材料各向异性积累在塑性形变的金属。提出了一种新的唯象金属塑性模型，该模型适用于工件材料的大变形。该模型综合考虑了非线性各向同性/随动硬化、应变驱动损伤和应力响应的率相关性。在该模型中，加工硬化和损伤演化完全耦合。运动学的描述是基于Lion提出的变形梯度的双重乘法分解。引入一个额外的乘法分解，以考虑材料的损伤引起的体积增加。该模型是制定在一个可容许的方式。在所提出的框架的一个简单的例子中，材料孔隙率被采用作为损伤的粗略测量。在综合考虑各种形核机制的基础上，提出了一个新的简单的空穴形核规则。特别地，该规则适用于在扭转下比在拉伸下表现出更高的空隙成核率的材料。材料模型被实施到有限元程序Abaqus和模拟拉深过程。该算法的鲁棒性和性能的配方证明。
2015-03-31 cond-mat.mtrl-sci
