Amorphous shear bands in crystalline materials as drivers of plasticity
本文通过实验与原子模拟结合，揭示了晶体材料中非晶剪切带形成的材料性能趋势及其驱动塑性或导致断裂的条件，并提出通过成分调控提高名义脆性材料韧性的策略。
2023-08-07 cond-mat.mtrl-sci
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
Machine learning enabled surrogate crystal plasticity model for spatially resolved 3D orientation evolution under uniaxial tension
提出了一种新的基于机器学习的代理建模方法，用于预测多晶材料在单轴拉伸载荷下的空间分辨三维微观结构演化。我们的方法比现有的晶体塑性方法快几个数量级，从而能够模拟大体积，否则计算上是禁止的。这项工作是超越现有的基于ML的建模结果的重要一步，现有的基于ML的建模结果仅限于2D结构或仅提供平均而不是局部的预测。我们证明了我们的代理模型方法的速度和准确性的实验测量的微观结构从高能X射线衍射显微镜的面心立方铜样品，进行拉伸变形。
2020-05-03 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
A Multiscale Constitutive Model for Metal Forming of Dual Phase Titanium Alloys by Incorporating Inherent Deformation and Failure Mechanisms
延展性金属在破坏前要经历相当大的塑性形变。空隙成核、生长和聚结是此类金属的失效机制。α/β钛合金具有延展性，因其独特的性能如比强度、断裂韧性、耐腐蚀性和抗疲劳失效性而被广泛使用。据报道，这些合金中的空隙在α和β相之间的相边界上成核。基于晶体塑性有限元法（CPFEM）对α相和β相界面处空洞生长的研究结果[1]，[2]，建立了空洞成核、生长和合并模型。将现有的单相晶体塑性理论扩展到双相钛合金变形和失效的物理机制。各种因素（应力三轴度，Lode参数，变形状态（等效应变），和相边界倾斜）对空穴的成核，生长和合并的影响被用来制定本构模型，而它们的相互作用与传统的晶体塑性理论的建立。对模型进行了广泛的参数评估，以量化和了解材料参数对整体材料响应的影响。所提出的模型的性能进行评估和验证，通过比较所提出的模型的结果与RVE的研究结果。本构模型在α/β钛合金部件成形工艺设计和优化中的应用也通过实验数据得到了证明。
2020-02-11 cond-mat.mtrl-sci
The influence of hydrogen on plasticity in pure iron-theory and experiment
拉伸应力松弛与透射电子显微镜相结合，揭示了溶解氢的影响，在纯α铁的位错结构和子结构的显着变化。我们发现，充氢试样经过塑性形变后，显示出一个非常典型的模式的拖尾偶极子和棱柱环，这是不带电的纯金属中所没有的。我们解释这些意见通过使用一个新的自洽的动力学蒙特卡罗模型，这实际上最初是用来预测现在观察到的微观结构。这一理论和实验相结合的研究结果是揭示氢增强局部塑性的基本机制。
2019-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Quantifying structure-property relationships during resistance spot welding of an aluminum 6061-T6 joint
采用力学性能测试和金相显微技术研究了6061-T6铝合金电阻点焊搭接接头组织与性能的关系。准静态拉伸和新型剪切冲头测试，以测量不同的焊接区域的机械性能。准静态拉伸和剪切冲压试验表明，随着焊接中心的接近，强度和延展性不断降低。例如，熔合区的极限抗拉强度从母体材料（341 MPa至162 MPa）降低约52%，而屈服强度降低约62%（312 MPa至120 MPa）。用扫描电子显微镜和光学显微镜分析了工艺诱导的微观结构，以阐明机械性能降低的根本原因。断口分析表明，与熔合区的空隙成核相比，颗粒的空隙生长是母体材料中的主要损伤机制。总的来说，整个焊缝机械性能的显著变化是与T6条件（沉淀物粗化）损失一致的微观结构变化的结果。
2016-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Characterisation of microstructural creep, strain rate and temperature sensitivity and computational crystal plasticity in Zircaloy-4
采用弯曲蠕变试验、数字图像相关、电子背散射检测和热机械拉伸试验相结合的方法，结合晶体塑性模型，研究了Zr-4合金的晶级应变速率敏感性和温度敏感性。从室温微尺度蠕变中提取晶体速率敏感特性，从热多晶响应中提取温度敏感特性。晶体塑性实验结果表明，由于交叉滑移激活，在缺口尖端附近观察到较大的微尺度蠕变应变，最大可增加50%。微尺度SRS是高度非均匀的，其晶体学敏感性依赖于塑性形变速率和潜在的基于晶粒的位错滑移激活。金字塔<c+a>滑移和总位错堆积是温度敏感织构对屈服和强度硬化的影响。多晶体的真实重构和准确的速率敏感单晶性质是捕获多尺度SRS的关键。
2021-09-11 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
Designing transformation-induced plasticity and twinning-induced plasticity Cr-Co-Ni medium entropy alloys: theory and experiment
为了有效地探索多元固溶体合金中几乎无限的成分空间，建立预测设计策略和使用计算机辅助方法是重要的。在目前的工作中，我们展示了密度泛函理论计算通知设计路线，实现相变诱导塑性（TRIP）和孪生诱导塑性（TINNING）中熵合金（MEAs）。我们系统地研究了磁性和化学成分对广义层错能面（γ面）的影响，表明化学和耦合磁状态强烈影响γ面，从而影响主要变形模式。基于计算出的竞争变形模式的有效能垒，我们构建了在室温和低温下的成分和磁性相关的变形图。因此，我们提出了各种设计路线，以实现所需的主要变形模式在三元铬钴镍合金。我们的理论模型预测的变形机制是在很好的协议与文献中的实验观察。此外，我们制作了两个非等原子的Cr-Co-Ni膜电极具有设计的TRIP和TRIP效应，表现出良好的抗拉强度和延展性的组合。
2020-02-14 cond-mat.mtrl-sci
Analytic prediction of yield stress and strain hardening in a strain gradient plasticity material reinforced by small elastic particles
采用各向同性应变梯度塑性框架，研究了分散在基体中的弹性小颗粒对宏观加工硬化的影响。一个解析解，最近开发的屈服强度模型的基础上提出的。该模型考虑了颗粒尺寸和弹性特性的随机变化，并在2D/3D材料单元模型中对FE解决方案进行了数值验证。只要典型的颗粒半径远小于材料的长度尺度，考虑到颗粒的体积分数不是太大（$<10\%$）和颗粒/基体弹性失配是在一个现实的范围内，发现良好的协议。最后，该模型被增强到占加强贡献的剪切颗粒使用经典的线张力模型，并成功地校准对实验拉伸数据的$Al-2.8wt\%Mg-0.16wt\%Sc$合金。
2021-10-22 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
Effect of Grain Orientation and Local Strains on Void Growth and Coalescence in Titanium
韧性断裂在具有弱力学各向异性的金属如铜和铝中得到了广泛的研究。更各向异性的金属，特别是那些具有六方晶体结构的金属（例如钛）的断裂仍然远未被理解。本文研究了工业纯钛（CP-Ti）的韧性断裂过程，着重研究了晶粒取向和局部应变状态对孔洞生长的影响。一种实验方法被开发出来，以直接关系到一个空洞的生长在三个维度，其底层的晶粒取向。晶粒取向得到了电子背散射衍射含空隙的CP-Ti片之前，他们的扩散连接。空隙尺寸的变化进行了测量，在现场应变的X射线断层扫描系统。嵌入的晶粒取向和它的邻居的空洞的生长速率和合并的强烈影响已被实验量化。有限元晶体塑性模拟，同时考虑到晶粒取向和局部应变状态被发现预测的实验空隙增长。基底滑移占主导地位的晶粒显示出最大的空隙生长速率，因为它们更接近于有利于空隙生长和聚结的平面应变条件。
2019-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Void growth and coalescence in irradiated copper under deformation
通常观察到辐照材料的断裂韧性降低，如轻水反应堆（LWR）中的奥氏体不锈钢或用于聚变应用的铜合金所报告的。对于广泛的应用（例如，在低同系温度下辐照的结构钢），空洞生长和聚结断裂机制已被证明仍然是占主导地位的。因此，需要全面研究辐照诱导硬化机制对辐照材料中空隙生长和聚结的影响。在这项研究中，基于模型实验，对辐照对韧性断裂机制的影响进行了评估。用质子辐照纯铜薄拉伸试样，辐照强度达0.01dpa。在单轴加载条件下，通过这些样品的厚度钻取的三分之一大小的孔可以详细描述空隙的生长和合并。在这项研究中，实验数据表明，微米级的空洞生长和合并的物理机制是相似的未辐照和辐照铜。然而，在后一种情况下，观察到的空隙生长的加速，导致在早期的聚结，这是一致的，在辐照材料中报告的断裂韧性的下降。这些结果定性再现与数值模拟占辐照宏观硬化和应变硬化能力的下降。
2018-03-11 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
A multiplicative finite strain formulation for void growth models using elastic correctors
提出一种基于弹性校正子和Kroner-Lee分解的大应变非等容塑性变形公式，以GTN屈服函数为例展示其运动学关系及隐式算法实现。
2024-07-29 cond-mat.mtrl-sci
Modelling hydrogen induced stress corrosion cracking in austenitic stainless steel
本文建立了一个模拟单晶奥氏体不锈钢变形和氢对应力腐蚀开裂影响的模型。该模型基于晶体塑性理论，将临界分解剪应力与晶体的塑性应变和强度联系起来。我们提出了一个解析表示的氢与材料的微观结构在变形过程中的相互作用，并模拟氢将在断裂前的空洞生长的影响。断裂前晶体机械性能的变化受晶体塑性变形时氢原子和位错系综的相互作用控制，并基于氢增强局部塑性（HELP）机制。通过分析氢对含孔洞材料力学性能的影响，考虑了氢对孔洞生长的影响。所提出的模型已经实现了使用用户材料（UMAT）在有限元软件（ABAQUS）的子程序的数值模拟结果与实验数据进行比较，并已得到验证。影响参数已被改变，以了解其影响和测试灵敏度。
2019-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Discrete Dislocation Dynamics Simulations of Nanoindentation with Pre-stress: Hardness and Statistics of Abrupt Plastic Events
在机械加载过程中，晶体塑性屈服面可以从不同的方向逼近。我们认为纳米压痕和拉伸载荷之间的竞争对塑性屈服。为此，我们开发了一个二维离散位错模型，然后利用该模型来研究在拉伸预应力下单晶纳米压痕过程中的硬度和弹出事件统计。压痕是通过使用圆柱形（2D中的圆形）压痕与不同的半径和位移和载荷控制下进行。拉伸面内应力，从零到屈服强度变化，被分配到调查的硬度和弹出统计预应力的效果。在小的压痕深度，测得的硬度被发现是较小的较大的拉伸预应力，因此，我们得出结论，纳米压痕可用于检测塑性。当压痕深度较大时，预应力的影响很小。此外，我们讨论了事件统计和预应力的相关影响。
2017-07-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Applied Machine Learning to Predict Stress Hotspots I: Face Centered Cubic Materials
我们通过整合基于全场晶体塑性的变形模型和机器学习技术来研究单轴拉伸变形下多晶材料中应力热点的形成，以获得有关微观结构特性的数据驱动见解。合成的3D微观结构被创建为代表普通铜合金的单相等轴微观结构。采用基于图像的快速傅里叶变换（FFT）技术，结合率敏感晶体塑性模型，对单轴拉伸变形进行了三维全场模拟，得到了局部微观力学场（应力和应变率）。应力热点被定义为具有高于应力分布的第90百分位的应力值的晶粒。然后，使用反映局部结晶学、几何学和连通性的度量来表征热点邻域。该数据用于创建输入特征向量，以训练随机森林学习算法，该算法预测将成为应力热点的晶粒。我们能够实现0.74的接收操作特性曲线（ROC AUC）下的面积为面心立方材料建模通用铜合金。结果显示了机器学习方法应用于多晶晶粒网络的能力和局限性。
2018-06-13 cond-mat.mtrl-sci
Large plastic deformation of voids in crystals
本研究通过二维晶体塑性ALE框架模拟单晶中孔洞的大塑性变形，揭示径向与单轴加载下孔洞形状演化机制，发现滑移带网络、晶格旋转及取向依赖对孔洞合并和宏观裂纹形成的关键影响。
2025-04-04 cond-mat.mtrl-sci
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
Three-dimensional study of grain scale tensile twinning activity in Mg: A combination of microstructure characterization and mechanical modeling
拉伸孪晶是六方密排结构金属中的主要变形方式，因此全面了解孪晶机制具有重要意义，而二维或小体积三维表征技术还不能完全揭示孪晶机制。利用大面积三维电子背散射衍射（EBSD）技术和晶体塑性模型研究了镁合金的拉伸孪晶行为。结果表明，使用传统的2D EBSD扫描，拉伸孪生活动被低估。当压缩到屈服点时，二维EBSD所检测的孪晶频率低于三维EBSD。研究了Schmid因子（SF）对孪晶的影响。几乎所有高Schmid因子（SF> 0.35）的晶粒都是孪生的。在中等SF（0.35>= SF>= 0.15）晶粒中观察到82%的令人惊讶的高孪生频率，这是出乎意料的，因为认为中等SF晶粒不利于孪生。低SF（SF <0.15）颗粒中的孪晶频率从二维到三维EBSD略有增加，这是由于孪晶体积小。高SF晶粒中的剪切应力保持较高水平且分布均匀，有利于孪晶形核和长大。剪切应力在中间SF晶粒内分布不均匀，孪晶在正剪切应力区域内形核。低SF晶粒中的剪切应力不利于孪晶的形成，孪晶发生在应力积累附近。同一籽粒的孪生活动在不同层次上存在差异。这是由于粮食环境变化引起的应力波动造成的。
2023-03-07 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure-dependent local strain behavior in polycrystals through in situ scanning electron microscope tensile experiments
利用激光烧蚀多晶金属（镍基高温合金Rene 88 DT）表面铂纳米颗粒的数字图像相关技术，获得了室温下原位扫描电子显微镜拉伸实验的局部应变行为。通过将此信息与EBSD的晶体学取向融合，随后的分析表明，平均最大剪切应变倾向于随着施密德因子的增加而增加。此外，最大剪切应变的极端值范围也在靠近晶界处增加，这意味着在多晶Rene 88 DT中，在刚刚超过屈服的应变下，晶界和三重结会积累塑性。原位实验阐明这种类型的微观结构-性能关系对于理解高温下多晶金属中的损伤成核可能是重要的。
2009-05-27 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Atomistic mechanisms of intermittent plasticity in metals: Dislocation avalanches and defect cluster pinning
具有幂律行为的晶体中的间歇性塑性形变在以前的实验研究中已有报道。幂律行为让人联想到自组织临界性，并且已经提出了描述晶体中这种行为的介观模型。在这封信中，我们表明，间歇塑性金属拉伸变形下，可以观察到在分子动力学模型中，使用嵌入原子方法的潜力，镍，铜，铝。幂律行为的应力降和等待时间的塑性形变事件观察。结果表明，幂律行为是由于位错雪崩运动在Cu和Ni。在Al中发现了不同的位错钉扎机制，这些不同的应力松弛机制给出了不同的幂律指数。我们提出了一个概率模型来描述铝中的位错运动，并解析地推导出幂律行为。
2015-09-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Effects of Misorientation on Single Crystal Plasticity by Finite Element Methods
本文研究加载取向偏差对单晶晶体塑性有限元模型的影响，发现微小偏差会改变滑移系激活和应力-应变行为，并量化了其对[001]铜应力预测的显著影响。
2024-02-26 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic simulations of ductile failure in a b.c.c. high entropy alloy
研究了含孔洞的体心立方结构HfNbTaZr高熵合金（HEA）的韧性断裂。利用分子动力学模拟，研究了孔洞半径对材料弹性模量和屈服应力的影响。弹性模量与闭孔泡沫中的孔隙率成比例。位错成核的临界应力作为一个功能的空隙半径是非常好的描述后，纯体心立方金属设计的模型，考虑到一个更大的核心半径的HEA。孪晶作为一种互补的变形机制而发生，在大应变时发生一些去孪晶。未发现固-固相变。元素尺寸失配和塑性的共同作用导致了显著的晶格无序。通过将我们的HEA结果与纯钽模拟进行比较，我们表明位错成核的临界应力和由此产生的位错密度远低于纯钽，正如由于化学复杂性而导致的较低能量势垒所预期的那样
2022-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Descriptor for slip-induced crack-blunting in refractory ceramics
该研究针对难熔陶瓷脆性与塑性竞争问题，以Ti-N体系为对象开展原子尺度模拟，验证了半经验原子间势，揭示了滑移诱导裂纹钝化的机制，并提出Iplast描述符可用于排序陶瓷的位错介导裂纹钝化能力。
2023-09-17 cond-mat.mtrl-sci
Design of a High Strength, High Ductility 12 wt% Mn Medium Manganese Steel With Hierarchical Deformation Behaviour
研制了一种新型中锰钢，其成分为Fe-12 Mn-4.8Al-2Si-0.32C-0.3V，屈服强度为1.09GPa，抗拉强度为1.26GPa，延伸率为54%。热机械工艺路线被设计成工业上可转化的，并且包括在30分钟的亚温退火之前的热轧制和然后的温轧制。所得的显微组织由在乳制方向上被细奥氏体和铁素体晶粒的项链层包围的粗伸长的奥氏体晶粒组成。用中子衍射和电子背散射衍射（EBSD）技术研究了复合材料的拉伸行为。结果表明，粗奥氏体晶粒通过转变为马氏体而参与应变硬化的第一阶段，细奥氏体项链状晶粒通过孪晶和相变诱发塑性（TRIP）机制的混合参与应变硬化的第二阶段。这种分级变形行为有助于这种钢的特殊延展性。
2020-04-21 cond-mat.mtrl-sci
Study of residual stress in reactively sputtered epitaxial Si-doped GaN films
采用射频磁控反应共溅射法在$\textit{c}$ -蓝宝石衬底上生长了Si掺杂的GAN薄膜，在不同的N分压下，在Ar-N2生长气氛中生长了$_2$，并通过φ扫描确定了其外延特性。能量色散X射线光谱显示$\thicksim$ 2 at.% Si，但是N/Ga比随着N $_2$百分比从100%降低到10%而显著降低。高分辨率X射线衍射显示在30% -100%N $_2$下生长的膜中主要存在刃位错（$\thicksim$ 10 $^{12}$ cm $^{-2}$），在较低的N $_2$百分比下，刃位错降低到$\thicksim$ 5 × 10 $^{11}$ cm $^{-2}$，在该百分比下，发现螺位错的密度增加并且获得与刃位错的密度相当的值。晶格参数（$\textit{a}$和$\textit{c}$）独立获得，以确定在膜中的应变的面内和面外分量，进行分析，推导出流体静力学和双轴应变的贡献。在100% N $_2$下生长的膜显示出由于过量/间隙氮而导致的大的微观应变和流体静力学应变，这两者都随着N $_2$百分比的初始降低而降低，但是由于Ar掺入而在低于30% N $_2$时再次增加。高于75%N $_2$生长的薄膜显示压缩双轴应力，这是由于可能的氮掺入到晶界和边缘位错的拉伸侧。在低于75%N $_2$生长的薄膜中双轴应力向拉伸特性的逆转被解释为在聚结过程中产生的面内拉伸应力的流…
2022-04-21 cond-mat.mtrl-sci
Cooling under applied stress rejuvenates amorphous alloys and enhances their ductility
采用分子动力学模拟研究了二元玻璃冷却过程中施加的拉应力对玻璃势能态和力学性能的影响。我们研究的三维二元混合物，首先在玻璃化转变温度附近退火，然后在张力下迅速冷却到玻璃相。结果表明，在较大的外加应力值下，液态玻璃形成体在较高的应变下冻结，其势能增强。对于固定的冷却速率，当初始温度增加到玻璃化转变点以上时，冷却期间可以施加的最大拉伸应力减小。我们还表明，再生玻璃的无定形结构的特点是增加了较小类型的原子之间的接触的数量。此外，拉伸试验的结果表明，在较大的施加应力和较高的初始温度下制备的玻璃中，弹性模量和应力过冲的峰值降低，从而表明增强的延展性。这些研究结果可能有助于开发提高大块金属玻璃塑性的加工和制备方法。
2020-12-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Reversible-to-irreversible transition of colloidal polycrystals under cyclic athermal quasistatic deformation
本文研究胶体多晶在循环拉压与剪切变形下的可逆-不可逆转变，发现两种模式均发生该转变但剪切模式阈值应变更大，并揭示位错运动、晶界消失及应变累积方向差异。
2024-04-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Shock consolidation and the corresponding plasticity in nanopowdered Mg
本研究结合NEMD与XRD模拟，揭示了冲击压缩下纳米粉末镁中变形孪晶的取向依赖性、三类孪晶的变形机制及孔隙致密化规律，发现卸载阶段孪晶存在反向演化现象。
2024-03-13 cond-mat.mtrl-sci
Necking instabilities in elasto-viscoplastic materials
颈缩不稳定性，其中拉伸（延伸）变形局部化到一个小的空间区域中，是弹粘塑性材料中的一般失效模式。在这一非常广泛的类别中的材料-包括非晶、晶体、多晶和其他材料-具有在小应力下的主要弹性响应、在相当明确的屈服应力下的塑性开始和速率依赖性。颈缩不稳定性涉及系统的几何形状和其本构行为之间的独特耦合。我们认为一般的弹粘塑性本构关系涉及的内部状态字段，它代表了结构的演变过程中的材料塑性形变，并研究颈缩在长波长近似（有时称为润滑或细长杆近似）。我们推导出一个一般表达式的最大的依赖于时间的特征值在近似WKB的线性稳定性分析，突出各种基本的物理效应涉及颈缩。然后，这个表达式被用来提出颈缩的发生，更重要的是出现强本地化的标准。应用应变软化非晶塑性，在剪切-转换区模型的框架，和应变硬化晶体/多晶塑性，在框架的Kocks-Mecking模型，提出。这些不同材料模型的定量分析支持了理论预测，特别是颈缩过程中的强局部化。
2018-04-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft nlin.PS
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
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
Multi-scale modeling of high strain rate deformation and spall fracture in poly-crystalline metals
Bhabha Atomic Research Centre（巴哈原子研究中心）；Andhra University（安得拉大学）
本研究采用多尺度方法，结合分子动力学与流体动力学计算，建立含晶界特性的多晶金属层裂模型，经Al飞片撞击实验验证，层裂强度与厚度偏差均控制在较小范围内，可准确预测金属高应变率层裂行为。
2026-08-12 cond-mat.mtrl-sci
Influence of deformation and annealing twinning on the microstructure and texture evolution of face-centered cubic high-entropy alloys
研究了等原子态CoCrFeMnNi高熵合金（HEA）在变形和退火过程中激活的物理机制对显微组织和织构演变以及力学性能的影响。采用冷轧和退火相结合的方法来研究HEA的变形、恢复、部分再结晶和完全再结晶状态。通过电子背散射衍射、透射电子显微镜和X射线衍射进行了详细的微观结构和织构分析。使用单轴拉伸试验评价机械性能。本次调查的一个具体重点放在研究变形和退火孪晶对材料行为的影响。结果表明，在冷轧变形过程中，孪晶促进了Cu型织构向Cu型织构的转变，而退火孪晶则对再结晶过程中形成的织构产生强烈的改性作用。实验和元胞自动机模拟结果证实了特定孪晶取向的形成和再结晶织构的随机化。在冷轧和退火材料的拉伸过程中，观察到高的加工硬化性。我们将这种行为主要归因于平面位错滑移的主导地位和动态恢复的趋势降低，因为观察到变形孪晶仅在非再结晶晶粒中激活，因此对整体塑性的贡献最小。详细讨论了形变/退火孪晶与材料行为的关系。
2017-12-05 cond-mat.mtrl-sci
Identification of dislocation reaction kinetics in complex dislocation networks for continuum modeling using data-driven methods
金属的塑性形变涉及位错的复杂演化，形成强连接的位错网络。这些位错网络是基于位错反应，它可以在不同滑移系的相互作用过程中形成结。通过适当的物理基础理论提取塑性形变过程中的网络行为的基本原理对于晶体塑性模型是必不可少的。在这项工作中，我们演示了如何从离散位错动力学模拟知识，以连续为基础的配方可以通过应用物理为基础的位错网络演化理论。通过使用数据驱动的方法，我们验证了一个滑移系相关的网络演化速率公式。本文分析了面心立方单晶体在高对称和非高对称取向下单轴拉伸载荷作用下的不同离散位错动力学模拟数据集。在这里，我们集中在第二阶段塑性形变的反应演变。我们基于物理的网络演化模型依赖于塑性剪切速率和位错密度所描述的位错行程距离。我们揭示了反应动力学的晶体取向和相互作用的滑移系统，这可以描述的施密德因子的活动的依赖。研究发现，新反应密度的产生主要是由主动滑移系统驱动的。然而，所产生的反应密度的沉积并不一定取决于所考虑的滑移系的滑移系活性，即我们观察到特别是对于滑移和共面反应，在非活性滑移系上的反应密度的沉积。
2022-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Microstructural Origins of Plastic Work Partitioning during Deformation of 310S TWIP Steel
Institute of Fundamental Technological Research, Polish Academy of Sciences（波兰科学院基础技术研究所）
研究揭示了310S TWIP钢在塑性变形中能量存储的微观机制，发现孪生活动和晶格旋转降低材料能量存储能力，促进剪切带变形。
2026-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Prediction of ideal orientations in velocity gradient-driven processes for large plastic deformations of crystals
Université Sorbonne-Paris-Nord（巴黎索邦大学）；FEMTO-ST, Université Marie et Louis Pasteur（玛丽和路易·巴斯德大学）；IMAR, Romanian Academy（罗马尼亚科学院）
本文提出了一种简化模型，通过线性稳定性分析预测大塑性变形中晶体的理想取向和最终织构。
2025-10-17 cond-mat.mtrl-sci
