Dislocation saturation in slip rate driven processes and initial microstructure effects for large plastic deformation of crystals
本文分析位错密度模型中滑移速率驱动过程的稳定性，揭示饱和位错密度与初始微观结构对硬化、软化及尺寸效应的作用，并通过微柱压缩模拟验证其捕捉小尺度微观演化的能力。
2025-07-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
A phase field model of the effects of dislocation microstructure on grain boundary motion during recrystallization
本文提出了一种相场模型，用于研究位错微观结构对再结晶期间晶界运动的影响，通过模拟多尺度位错结构并对比实验结果，揭示了晶界运动的驱动机制。
2026-01-10 cond-mat.mtrl-sci
Impact of dislocation densities on the microscale strength of single-crystal strontium titanate
本文通过调控单晶SrTiO3位错密度并结合微柱压缩与透射电镜，揭示了位错密度对室温微尺度脆性-塑性转变及屈服强度非单调变化的影响，为位错基陶瓷器件设计提供指导。
2025-04-05 cond-mat.mtrl-sci
A Universal Approach Towards Computational Characterization of Dislocation Microstructure
位错-晶格内的线性缺陷，例如，金属-已经直接观察和分析了近一个世纪。虽然实验表征方法现在可以重建复杂位错网络的三维图像，但模拟方法同时越来越能够非常详细地预测此类系统的演变。然而，用于分析和比较位错微观结构的简明方法仍然落后。我们介绍了一种通用的微观结构“语言”，可用于直接比较和详细分析非常不同的实验和模拟方法。
2016-05-18 cond-mat.mtrl-sci
Microscopic Method for Dislocation Tracking
我们表明，晶体缺陷的微观定义，有效的平均单粒子势能的基础上，使它能够检测和可视化各种类型的本地和扩展的晶体缺陷，并开发一个有效的算法跟踪其时间演化。
2002-12-13 cond-mat.mtrl-sci
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
A continuum model for dislocation dynamics in three dimensions using the dislocation density potential functions and its application in understanding the micro-pillar size effect
在本文中，我们提出了一个基于位错密度的三维连续介质模型，其中的位错亚结构表示为位错密度势函数（DDPF）对，记为$ϕ$和$ψ$。滑移面分布由$ψ$的等值面表征，而位错曲线在各滑移面上的分布由代表滑移面上塑性滑移的$ϕ$的等值线表征。通过使用DDPF，我们可以明确地写出一个演化方程系统，这是一致的底层离散位错动力学。该系统包括i）本构应力规则，其描述了在存在位错网络和施加载荷的情况下如何确定总应力场; ii）塑性流动规则，其描述了位错系综如何演变。通过与离散位错动力学模拟结果和实验数据的比较，验证了所提出的连续介质模型的有效性。作为该模型的一个应用，研究了单晶微柱中观察到的“越小越强”的尺寸效应。煤柱流动应力$σ_{\text{flow}}$相对于其（无量纲化）尺寸$D$的标度律推导为$σ_{\text{flow}}\sim\log(D)/D$。
2015-07-14 cond-mat.mtrl-sci
Size effects and idealized dislocation microstructure at small scales: predictions of a phenomenological model of Mesoscopic Field Dislocation Mechanics: Part II
本文的第一部分建立了一个细观塑性模型，用于研究小尺度塑性问题的初边值问题。在这里，我们定性，有限元方法为基础的计算预测的理论。我们证明了尺寸效应和发展的强不均匀性，在简单的剪切塑性约束颗粒。分析了弹性应变中的非局域性导致的强包辛格效应。研究了PMFDM的时间相关、空间齐次、简单剪切解的稳定性。从热循环的小规模梁/膜与不同程度的约束塑性流动的结果显示尺寸效应和倒数膜厚度缩放的位错密度边界层宽度。
2005-10-05 cond-mat.mtrl-sci
Irreversible evolution of dislocation pile-ups during cyclic microcantilever bending
本研究通过铜单晶微悬臂梁双向弯曲实验结合位错密度建模，发现循环弯曲中形成的位错塞积具有不可逆性，短程位错相互作用是主导因素，为微米尺度包辛格效应和应变硬化提供了机理解释。
2023-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Microplasticity and yielding in crystals with heterogeneous dislocation distribution
在这项研究中，我们使用离散位错动力学（DDD）模拟研究面心立方单晶中的非均匀位错密度的影响准弹性形变和塑性流动之间的转变。通过分析具有初始轴向位错密度梯度的样品的应力-应变曲线，我们得出以下结论：（i）在塑性流动开始之前的准弹性形变区域中，模拟样品的有效弹性模量显著低于无位错晶体的值。这种模量降低增加与减少位错密度梯度：均匀的位错分布的晶体，因此最弱的准弹性制度;（ii）向塑性流动的过渡首先发生在位错密度降低的区域。因此，整体屈服应力随位错密度梯度的增加而降低;（iii）具有位错密度梯度的晶体表现出更明显的硬化阶段，在此期间，应力重新分布到具有更高位错密度的更强区域上，直到样品以近似独立于位错密度梯度的恒定流动应力流动。我们解释这些发现的连续位错动力学的位错密度演化模型，占反转位错运动。准弹性和塑性形变之间的过渡被解释为从反转到非反转的位错运动的过渡，和弹性模量的初始差异有关的位错系统的密度依赖的极化率。随后的塑性流动行为进行了分析Mughrabi的复合材料模型的修改版本。
2018-12-29 cond-mat.mtrl-sci
Influence of dislocations on the spatial variation of microstructure in martensites
位错的连续统理论，主要由Kröner和Kosevich发展，将每个位错视为应变不相容的来源。我们表明，这一概念可以有效地采用朗道自由能泛函开发一个平均场的位错材料的介观模型。表示母相（通常为立方对称）畸变的序参量用弹性应变表示，这些应变本身通过不相容约束耦合。由于不相容性的“强度”取决于位错的局部密度，位错的存在影响微观结构的演化，反之亦然。该公式的优点在于位错之间的长程各向异性相互作用自然地出现在自由能的公式中。由于位错周围的晶体结构的畸变，它们在多相材料中的存在导致产物相的异质成核，从而也导致转变温度的变化。这种新颖的场论方法是非常方便的，因为它可以弥合差距，在研究材料的行为在长度和时间尺度上，是无法达到的原子或宏观模型。
2010-07-16 cond-mat.mtrl-sci
A 3D dislocation dynamics analysis of the size effect on the strength of [111] LiF micropillars at 300K and 600K
采用离散位错动力学方法分析了直径在0.5 $μ$ m ~ 2.0 $μ$ m范围内的[111] LiF微柱在室温和高温下的压缩力学行为。从Peach-Koehler力作用于位错段从热激活模型，占温度对晶格电阻的影响，获得位错速度。通过模拟预测了“越小越强”类型的尺寸效应，这与作者\cite{SWC14}先前的实验结果定量一致。不同的物理变形机制的尺寸效应（即，位错的成核，位错耗尽和森林硬化）的贡献，可以确定从模拟和占主导地位的变形模式可以评估作为试样尺寸和温度的函数。这些结果揭示了$μ$ m尺寸单晶力学行为中尺寸、晶格电阻和位错迁移率之间复杂的相互作用。
2016-07-28 cond-mat.mtrl-sci
A link between microstructure evolution and macroscopic response in elasto-plasticity: formulation and numerical approximation of the higher-dimensional Continuum Dislocation Dynamics theory
微塑性理论和模型适用于解释和预测长度尺度上器件的机械响应，其中塑性形变的载体-位错-的影响不能被忽略或完全平均。为了在不解决每个单个位错的情况下考虑这些效应，已经开发了各种各样的连续描述，其中包括Hochrainer等人的高维连续位错动力学（hdCDD）理论（Phil. Mag. 87，pp. 1261-1282）采用不同的统计方法，并且包含通常仅包含在离散位错模型中的信息。我们提出了一个简洁的配方HDCDD在一般单晶塑性上下文中连同一个不连续的Galerkin计划的数值实施，我们评估的数值例子：拉伸和剪切载荷下的薄膜。我们研究了不同的实际边界条件的影响，并表明位错通量和它们的线的曲率是小尺度塑性的关键特征。
2015-06-09 cond-mat.mtrl-sci
Insights from a minimal model of dislocation-assisted rafting in single crystal Nickel-based superalloys
镍基高温合金在许多技术相关的高温应用中发挥着重要作用。理解和预测高温蠕变过程中相微观结构的演变以及位错微观结构的演变是迄今为止尚未完全完成的挑战。我们的二维耦合相场/连续位错动力学模型解释了微观结构的机制，这是重要的，在早期阶段的漂流在一个单晶系统。它显示了$γ/γ'$相和位错如何相互作用，从而产生真实的蠕变行为;不需要唯象拟合参数。
2016-05-25 cond-mat.mtrl-sci
Automating Dislocation Characterization in 3D Dark Field X-ray Microscopy
Stanford University（斯坦福大学）；SLAC National Accelerator Laboratory（SLAC国家加速器实验室）
本研究提出了一种基于Gram-Schmidt正交化的无监督方法，用于从3D暗场X射线显微镜数据中提取位错特征，从而减少数据集大小并保留关键晶体学信息。
2024-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Discontinuous yielding of pristine micro-crystals
我们研究了均匀剪切下无位错的2D晶体的力学响应，使用一种新的介观方法晶体塑性，朗道型理论，占应变张量空间中的能量的全局不变性，而操作与无限数量的等效能量阱。这种方法的优点是，它消除了任意性，在处理所涉及的拓扑转变，例如，在位错的成核和湮灭。我们使用原始微晶的不连续屈服作为新理论的基准问题，并表明灾难性的不稳定性的性质，这在这种设置中不可避免地遵循标准仿射响应，不仅取决于晶格对称性，而且还取决于加载装置中晶体的取向。随后的位错雪崩涉及合作位错成核，导致在形成复杂的微观结构控制的非平凡的自诱导耦合不同的塑性机制。
2021-05-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci nlin.PS
Statistical analysis of dislocation cells in uniaxially deformed copper single crystals
晶体材料在塑性形变过程中产生的位错组织对材料的应力-应变性能有很大的影响。高分辨电子背散射衍射（HR-EBSD）新方法为研究位错图样提供了一个新的视角。在这项工作中，铜单晶在单轴压缩变形进行了研究HR-EBSD，X射线线轮廓分析，和透射电子显微镜（TEM）。利用这些方法，在不同的载荷水平下，确定了内部应力，Nye张量和几何必要位错（GND）密度的地图。与复合模型一致，在细胞内部直接观察到长程内应力。此外，从分形分析的GND地图发现，随着平均空间位错密度波动的增加，细胞结构的分形维数降低。结果表明，不同类型的位错的演变可以成功地监测与这种扫描电子显微镜为基础的技术。
2022-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Critical behavior and size dependence in dislocation plasticity
微晶的变形与其宏观对应物非常不同，表现出尺寸依赖性屈服应力和间歇性塑性应变爆发。在这里，我们表明，尺寸效应和应变爆发可能只是两个不同的签名的基本集体现象，支配所有尺度上的位错系统的动力学。我们证实了这一猜想，通过展示压缩微柱的2D和3D位错动力学模拟和实验结果之间的协议。我们的研究结果表明，小样本塑性的许多特点可能会出现集体位错动力学的有限尺寸标度属性，而不是从物理机制的变化，位错运动。
2012-04-03 cond-mat.mtrl-sci
Free energy function of dislocation densities by large scale atomistic simulation
本文讨论了复杂位错微观结构的自由能，它是连续塑性的一个基本性质。在过去的文献中，已经提出了多个模型的位错的自能，部分相互矛盾。为了深入了解位错微观结构和与它们相关的自由能之间的关系，而不是基于理论或现象学参数导出模型，在这里，这些量使用大规模分子动力学模拟直接测量。使用纳米压痕来诱导塑性，纳米压痕作为由局部变形引起的位错成核和增殖的结果而产生位错的不均匀分布。使用这种方法，位错密度和自由能的测量是从头算的，因为只有原子间势定义了系统对施加的变形的反应。模拟结果强烈支持标量位错密度和自由能之间的线性关系，这可以很好地相关的直位错的机械能的经典模型，即使对于复杂的位错网络在这里考虑。
2015-12-09 cond-mat.mtrl-sci
Decoupling dislocation multiplication and velocity effects in metals at extreme strain rates
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；Iowa State University（爱荷华州立大学）
研究揭示金属在极端应变率下，位错乘法和速度效应分别主导硬化行为，位错密度影响硬化机制，实验显示应变率10^7/s时出现硬化拐点。
2026-03-26 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation transport and line length increase in averaged descriptions of dislocations
晶体塑性是位错运动和相互作用的结果。然而，微观和介观模拟和连续晶体塑性模型之间仍然存在很大的差距。直到最近才定义了一个更高维的位错密度张量，它克服了早期位错密度测量的一些缺点。这个张量的演化方程可以被认为是位错动力学的连续版本。我们使用这个演化方程发展的总位错密度和平均曲率，共同治理的位错运动学的忠实表示，而不必使用额外的维度的演化方程。
2010-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Computing virtual dark-field X-ray microscopy images of complex discrete dislocation structures from large-scale molecular dynamics simulations
本文提出一种可扩展的DD-DFXM正向模型，结合非奇异应变计算与几何光学算法，从分子动力学模拟的复杂位错结构生成虚拟暗场X射线图像，并验证其解析位错倍增特征的潜力。
2024-09-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
On a dislocation density based two-phase plasticity model: refinement and extension to non-proportional loading
Estrin等人（1998）的两相复合方法描述了一种演变的位错胞结构。McKenzie等人（2007年）增强了该模型，以捕捉严重塑性形变期间流体静压力和温度的影响。本研究的目标是将该微观结构模型纳入Shutov和Kreißig（2008 a）提出的宏观粘塑性框架中。因此，两个阶段的复合材料的方法进行了仔细检查。物理和数值的缺点，揭示和可能的解决方案，从而导致一个精致的微观模型。此外，还提出了可靠参数辨识的一些改进措施。使用TEM单元尺寸测量确定铝合金的细化微观模型的材料参数。然后，扩展到非比例变形进行这样一种方式，位错密度的演变变得敏感的负载路径的变化。实验结果表明，这种变形模式可以显着影响微观结构的演变，包括溶解的细胞和总位错密度的减少后不久，负载路径的变化。为了捕捉这些影响，一些张量值的状态变量被引入耦合精细的微观模型与宏观粘塑性模型。由此得到了一个新的本构方程组。为了证明其响应载荷路径变化的能力，考虑了等通道转角挤压（ECAP）的典型载荷情况。所获得的位错种群的演变显着不同，这取决于ECAP路线的应用。
2013-03-07 cond-mat.mtrl-sci
Phase-field, dislocation based plasticity and damage coupled model: modelling and application to single crystal superalloys
本文提出了一个耦合相场、位错密度塑性和损伤的新模型。基于可动位错和不动位错的演化，建立了位错密度控制方程。模型中考虑了位错增殖、湮灭、位错相互作用引起的动-不动迁移和界面阻塞等机制。特别是，在位错和相场耦合模拟中经常出现的围绕粗化第二相的“吞隙”问题，在本模型中得到解决。此外，位错切割到第二相在第三蠕变过程中，这是很少被考虑在以前的相场模拟的单晶高温合金的现象，成功地捕捉在本模型与损伤耦合。模型动力学考虑了由外载荷、共格界面错配、塑性活动和损伤引起的长程应力，以及由反相界面、位错线张力和森林位错捕获引起的短程应力。利用该耦合模型对单晶高温合金在200 MPa和350 MPa下的高温蠕变进行了$\langle 001 \rangle$模拟，并与实验结果进行了比较。结果表明，在整个蠕变过程中，模拟的相组织、位错和蠕变性能与实验基本一致。
2021-12-24 cond-mat.mtrl-sci
Three-dimensional imaging of dislocation propagation during crystal growth and dissolution
位错等原子级缺陷在决定晶体材料的宏观性能方面起着关键作用。它们的影响是重要和广泛的，从增加化学反应性到增强机械性能，再到大大提高晶体生长速率。因此，位错已被广泛研究使用传统的技术，如X射线衍射（XRD）和光学成像。最近，显微镜的进步使它们能够直接可视化。原子力显微镜（AFM）使单位错的2D研究成为可能，而透射电子显微镜（TEM）最初仅限于薄样品的2D投影，现在可以以接近原子的分辨率在3D中可视化应变场。然而，这些技术不能提供在诸如晶体生长和溶解的动态过程期间位错的形成或运动的原位3D成像。在这里，我们描述了如何布拉格相干衍射成像（BCDI）可以用来在三维可视化的整个网络的位错存在于一个单独的晶体。使用方解石（CaCO3）单晶，我们还使用BCDI监测在重复的生长和溶解周期的位错网络的传播，并显示这是如何密切相关的生长和溶解机制。这些调查表明，BCDI的潜在的研究机制的晶体材料对外界刺激的反应。
2015-01-13 cond-mat.mtrl-sci
Effect of grain disorientation on early fatigue crack propagation in face-centred-cubic polycristals: A three-dimensional dislocation dynamics investigation
采用三维位错动力学模拟方法研究了高周疲劳条件下面心立方双晶中微裂纹与第一微观结构势垒的相互作用。在检查配置，我们假设微裂纹传输发生由于表面浮雕生长在二次晶粒提前的主裂纹。这种间接的传输机制被证明强烈依赖于晶粒-1/晶粒-2取向不良。例如，小晶粒取向不良诱导塑性应变局部化提前的裂纹和更快的传输通过第一个障碍。相反，大晶粒-1/晶粒-2的取向障碍诱导塑性应变扩展类似于裂纹尖端钝化产生较慢的间接传输。一个半解析微观模型的基础上，目前的模拟结果和补充的实验观察，突出了原来的概念，第一屏障遵守。该模型捕捉众所周知的实验趋势，包括影响：晶粒尺寸，晶粒取向不良和微裂纹阻滞在第一个障碍。
2013-10-04 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
Giant Barnett Effect from Moving Dislocations
本文揭示运动位错可在晶格中产生巨有效局域磁场并翻转自旋，提出由激光、微波或电致剪切变形驱动磁化反转的新机制。
2025-04-11 cond-mat.mtrl-sci
Multiscale modeling of hydrogen diffusion in iron considering the effect of dislocations
本研究通过多尺度方法分析铁中氢扩散，考虑位错对扩散张量的影响，揭示位错通过微应力降低扩散率并破坏各向同性。
2025-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Enabling microstructural changes of FCC/BCC alloys in 2D dislocation dynamics
降维过程是根据不同条件（如辐射、高温或压力）引发的缺陷几何性质的变化来表示二维位错动力学中的缺陷的配方。在本研究中，这一过程被扩展到包括进一步的功能，特别关注面心立方/体心立方合金用于不同的工程目的的缺陷的存在。为了在二维位错动力学计算单元上反映合金的微观组织状态，对每种缺陷采用相应的强度和线间距，实现了多类型缺陷在滑移线上的分布。此外，设置简单的递归增量关系来计算沉淀物上的循环累积。在滑移线上刃位错运动受到连续阻力的情况下，引入了摩擦力的表达式，考察了摩擦力对屈服强度的贡献。通过使用关于平面应变变形条件下的缺陷性质和晶粒尺寸的实验信息，将每个新性质独立地应用于不同的材料：对于预时效和热处理的铜-铬-锆中的沉淀物粗化，钽-2.5钨中的内摩擦，和混合硬化，由于存在的沉淀物和棱柱形环在辐照氧化物弥散强化EUROFER与0.3%氧化钇。
2015-01-29 cond-mat.mtrl-sci
Nonlocal Machine Learning of Micro-Structural Defect Evolutions in Crystalline Materials
在制造过程中出现的缺陷的存在和演变在工程材料的失效机制中起着至关重要的作用。特别是，位错动力学的集体行为在介观尺度导致雪崩，应变爆发，间歇性的能量尖峰，和非局部的相互作用，产生异常的功能在不同的时间和长度尺度，直接影响塑性，空隙和裂纹成核。离散位错动力学（DDD）模拟通常用于细观层次，但随着模拟时间的增加，成本和复杂性急剧增加。为了进一步了解如何传播到连续的异常功能，我们开发了一个概率模型，从DDD模拟获得的位置统计构造的位错运动。我们通过位错运动的概率密度函数得到了离散位错动力学的连续极限，并提出了一个非局域输运模型。我们开发了一个机器学习框架来学习具有幂律内核的非局部算子的参数，将DDD的异常性质与连续统中相应的非局部算子的起源联系起来，促进位错动力学集成到多尺度，长时间的材料失效模拟中。
2022-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Mesoscale theory of grains and cells: crystal plasticity and coarsening
在晶轴上具有空间变化的固体自然地演化成由尖锐壁分离的细胞或颗粒。这种变化是数学描述使用奈位错密度张量。在高温下，多晶晶粒从熔体中形成，并随着时间的推移而变粗：位错可以爬升和滑动。在低温下，在剪切力作用下，位错（只允许滑移）形成胞状结构。虽然位错运动的微观规律和粗化及塑性形变的宏观规律都已得到很好的研究，但迄今为止，我们还没有一个简单的、连续的解释来解释位错演化成尖壁的过程。本文提出位错运动的介观理论。它提供了一个定量描述的变形和旋转，接地在微观序参量领域表现出拓扑守恒量。奈位错密度张量的拓扑电流来自于位错之间的Peach-Koehler力驱动的滑移的微观理论，使用一个简单的封闭近似。由此产生的理论示出形成尖锐的位错墙在有限的时间内，无论有和没有位错攀移。
2006-01-31 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Dislocation density distribution at slip band-grain boundary intersections
本文利用微分孔径X射线劳厄微衍射（DAXM）研究了钛合金晶界滑移转移的机制。这款3D表征工具能够测量全（9分量）Nye晶格曲率张量并计算几何必要位错（GND）的密度。我们观察到在晶界处的位错堆积，因为相邻的晶粒阻止了位错传输的容易通过。这种不相容性的结果在局部微塑性内的滑移晶粒，附近的滑移面相交的晶界，我们观察到乐队的GNDs躺在晶界附近。我们观察到，GNDs的分布可以显着影响的晶界壁架，作为二次位错源的形成。这一观察结果突出了多晶变形的非连续性质，并帮助我们理解晶界特性的高阶复杂性。
2019-09-06 cond-mat.mtrl-sci
Scale-bridging dislocation plasticity in MgO at room temperature
本研究通过机械播种位错密度，结合微柱和体相压缩实验及3D-DDD模拟，揭示了MgO在不同尺度下位错介导的塑性变形机制及显著的尺寸效应。
2025-11-04 cond-mat.mtrl-sci
Single-dislocation phonons: atomic-scale measurement and their thermal properties
本文利用单色化电子能量损失谱在原子尺度测量Si/Ge界面单根位错的局域声子，揭示其引起声子红移并影响界面热导，为缺陷工程调控热输运提供见解。
2025-06-20 cond-mat.mtrl-sci
Discrete Dislocation Dynamics Modeling of Nanotwinned Materials: Orientation Effects in a Multilayer Twinned Structure of Copper
Applied Mechanics and Structure Safety Key Laboratory of Sichuan Province, School of Mechanics and Aeronautics（四川省力学与结构安全重点实验室，力学与航空学院）；Department of Materials Science and Engineering, Institute of Materials Simulation WW8, Friedrich-Alexander University of Erlangen-Nuremberg（埃尔朗根-纽伦堡大学材料工程系，材料模拟研究所WW8）；Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院力学研究所）
本研究通过位错动力学建模探讨纳米孪生铜多层结构中孪界取向对变形的影响，揭示了孪界在不同变形机制中的各向异性特征。
2026-01-27 cond-mat.mtrl-sci
Deformation band patterns and dislocation structures in finite strain crystal viscoplasticity
基于位错密度演化的有限应变晶体粘塑性模型，研究了单晶与多晶在强潜在硬化下的变形带图案化现象，并引入应变梯度塑性解决微结构尺寸对网格的依赖性。
2025-06-30 cond-mat.mtrl-sci
Discrete dislocation plasticity HELPs understand hydrogen effects in bcc materials
在试图弥合原子和连续塑性模拟铁中的氢之间的差距，我们提出了三维离散位错塑性模拟结合氢的弹性应力和氢依赖的位错迁移率法。根据Gu和El-Awady（2018）推导的公式，结合氢致应力，在这里我们通过叠加原理将其扩展到有限边界值问题，即微悬臂梁。氢相关迁移率定律基于Katzarov等人（2017）的第一原理计算，并发现在体相氢浓度为0.1 appm时促进位错生成并增强滑移平面性;这对于bcc材料是典型的。氢弹性应力产生相同的行为，但只有当体积浓度非常高。在微悬臂梁，氢被发现，以促进位错活动，降低流动应力，并产生更明显的滑移台阶上的自由表面。这些观察结果是一致的氢增强局部塑性（HELP）机制，它的结论是，氢的弹性应力和氢增加位错的流动性是可行的解释HELP。然而，在体心立方金属中通常发现的低浓度下，后者占主导地位。
2018-07-13 cond-mat.mtrl-sci
Deformation of micrometer and mm-sized Fe2.4wt.%Si single- and bi-crystals with a high angle grain boundary at room temperature
体心立方（BCC）金属中的塑性，包括晶界处的位错相互作用，比面心立方（FCC）金属中的塑性少得多。在低温下，由于Peierls势垒对位错运动的额外阻力变得重要，这增加了塑性的复杂性。铁硅钢是一种有趣的模型BCC材料，因为特定取向晶粒和特定晶界处的位错结构的演变不仅对变形行为而且对磁性能具有深远的影响，这在其作为电工钢的最终应用中是重要的。在这项研究中，两个不同的取向的微柱（1，2，4微米直径）和大柱（2500微米）和它们相应的双晶体压缩实验后，强度和位错结构的尺寸的效果进行了分析。使用不同的实验方法，如滑移轨迹分析，平面倾斜分析和横截面EBSD，我们表明，直接滑移传输发生，和不同的滑移系统是活跃的双晶体相比，他们的单晶同行。然而，尽管直接传输和一个非常高的传输系数，位错堆积在晶界处也观察到在变形的早期阶段。此外，尺寸缩放的效果与柱尺寸在单晶和双晶体中的晶粒尺寸被发现，这是一致的FCC金属在其他地方的调查。
2020-06-10 cond-mat.mtrl-sci
Nano-scale imaging of the full strain tensor of specific dislocations extracted from a bulk sample
晶格缺陷在决定晶体材料的性能方面起着关键作用。探索控制它们相互作用的3D晶格应变仍然是一个挑战。布拉格相干衍射成像（BCDI）允许以纳米级3D分辨率测量应变。然而，它目前仅限于形成微晶的材料。在这里，我们介绍了一种新的技术，允许从散装材料的BCDI样品的制造。使用钨作为一个例子，我们表明，聚焦离子束（FIB）加工可以用来提取，从宏观晶体，微米级的BCDI样品含有特定的预选缺陷。为了解释实验数据，我们开发了一种新的基于位移梯度的多次反射BCDI分析。这允许从包含多个位错的样品中精确地恢复全晶格应变张量。这些新功能为BCDI作为研究复杂现实世界材料的显微镜工具打开了大门。
2019-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Probing microplasticity in small scale FCC crystals via Dynamic Mechanical Analysis
在小尺度金属系统中，集体位错活动与强度的尺寸效应以及单轴压缩和拉伸下的阶梯状塑性响应相关。屈服和塑性流动在这些样品中往往伴随着多个位错雪崩的出现。位错在屈服前可能是活跃的，但由于检测设备中固有的仪器噪声，它们的活动通常无法辨别。我们应用交流（AC）负载扰动通过动态力学分析（DMA）在准静态单轴压缩实验单晶铜纳米柱直径为500 nm，并计算动态模量在频率0.1，0.3，1，和10 Hz下逐渐更高的静态负载，直到屈服。通过跟踪多个样品中的振荡应力-应变-时间序列的集体方面，我们观察到位错网络响应的一个不断发展的耗散分量，这意味着在全球预屈服制度从弹性行为到位错雪崩的过渡。我们假设，微塑性，这是与位错雪崩和缓慢的粘塑性松弛的组合，是驱动速率和准静态应力的动态模量的依赖性的原因。我们建立了一个连续介观位错动力学模型，计算了应力-应变的频率响应，得到了与实验观测一致的结果。我们的实验和模拟的结果提出了一个途径来辨别和量化相关的位错活动在变形晶体的预屈服制度。
2016-12-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Average yielding and weakest link statistics in micron-scale plasticity
大尺度单晶材料通过大的间歇性应变突发塑性变形，这使得变形过程不可预测。在这里，我们调查这种随机现象，通过分析的塑性反应的标本不同的只是在初始排列的位错的合奏。我们采用离散位错动力学模拟和微压缩测试相同制造的铜单晶微柱。我们发现，一个特征屈服应力可以定义在平均意义上为一个给定的试样合奏，其中的平均值和方差的塑性应变开始显着增加。此外，在所有研究的情况下，在一个给定的应变应力值遵循Weibull分布与类似的Weibull指数，这表明，位错介导的塑性屈服的特征在于由一个潜在的最弱环节的现象。发现这些结果不依赖于实际设置的细节，而是，它们代表了微米级塑性的一般特征。
2013-05-27 cond-mat.mtrl-sci
Misfit-Dislocation-Mediated Heteroepitaxial Island Diffusion
扫描隧道显微镜结合分子动力学模拟揭示了Cu在Ag（111）上的位错介导的岛状扩散机制。簇运动跟踪原子精度在多个温度和扩散障碍和前因子从直接测量的跳跃率。的扩散势垒的非单调的大小依赖性是在很好的协议与模拟，并可以导致增强的质量输运粗化后，在令人惊讶的对比传统的岛扩散模型，其中扩散率随团簇大小降低。
2010-03-04 cond-mat.mtrl-sci
Learning crystal plasticity using digital image correlation: Examples from discrete dislocation dynamics
West Virginia University（西弗吉尼亚大学）；National Institute of Standards and Technology（美国国家标准与技术研究院）
数字图像相关（DIC）是一种成熟的、非侵入性的技术，用于跟踪和量化机械样品在应变下的变形。虽然它提供了一个明显的方式来观察增量和总位移信息，它似乎很可能DIC数据集，毕竟反映了空间分辨的响应的微观结构的负载，包含更丰富的信息比一般从他们提取。在本文中，我们展示了一种机器学习方法，根据其对后续DIC测试的响应来量化晶体样品的先前变形历史。这种先前的变形历史是通过位错微观结构的不均匀性在微观结构中编码的，并且在位错图案的空间相关性中编码，这介导了系统对DIC测试载荷的响应。我们的域由离散位错塑性模拟产生的变形结晶薄膜。我们探讨了机器学习（ML）对典型实验方案的适用范围，以及可能的大小效应和随机性的函数。塑性尺寸效应可能会直接影响数据，使无监督技术无法区分不同的塑性制度。
2019-04-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Microstructural and Micromechanical Evolution of Olivine Aggregates During Transient Creep
本研究通过扭转实验结合HR-EBSD与位错缀饰，揭示橄榄石集合体瞬态蠕变中的位错增殖、晶内应力异质化及应变硬化机制，并指出现有模型预测不足。
2024-07-06 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
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
Atomic Origin of Ti Deficient Dislocation in SrTiO3 Bicrystal and Their Electronic Structures
钙钛矿型氧化物中的位错对它们的物理和化学性质有重要影响，而这些性质是由它们独特的原子环境决定的。利用球差校正扫描透射电子显微镜（Cs-STEM）和能谱仪对SrTiO 3（STO）10°小角度晶界位错结构进行了表征。与以往的研究不同，在位错核处观察到钛的缺乏而不是富集，这主要是由于Sr的替代和Ti的占位不足。在缺Ti位错核处还检测到氧空位和部分还原的Ti的存在。这些结果表明，即使位错具有相同的Burges矢量，它们的原子结构也可能有很大的不同。通过双晶工程实现位错和晶界元素的可控偏聚，对于设计具有新功能的器件具有重要意义。
2018-06-19 cond-mat.mtrl-sci
Discovering the nanoscale origins of localized corrosion in additive manufactured stainless steel 316L by in situ liquid cell TEM
通过激光粉末床熔合（L-PBF）的增材制造（AM）导致形成丰富的分层微观结构，包括位错胞结构和元素偏析。这种结构对印刷材料的腐蚀行为和机械性能有着深远的影响。在这项研究中，我们使用原位液池扫描透射电子显微镜（STEM）直接表征AM 316 L不锈钢腐蚀起始的纳米级起源。在外加阳极电位下，我们发现位错胞边界优先被腐蚀，并沿胞边界形成坑状特征。我们通过控制偏压参数来减缓腐蚀过程，从而直接观察到腐蚀的最早阶段。结果表明，腐蚀是通过沿位错胞界的夹杂物溶解发生的。更广泛的腐蚀在位错胞边界处开始，并在整个位错网络中扩散。
2021-12-15 cond-mat.mtrl-sci
Effects of Rate, Size and Prior Deformation in Microcrystal Plasticity
亚微米有限体积晶体塑性的特征是位错缺陷的涌现流动，导致力学性能的尺寸效应和雪崩现象。在这一章中，我们提出了一个极小模型离散刃位错在有限的体积，已基准对实验数据和显示已知的现象学趋势。我们讨论了这个模型可以解释看似断开的影响率，尺寸和先前的变形微晶塑性。我们展示了应力和位移控制的加载条件下的位错系综的统计特征，并详细探讨了加载速率和位移突发之间的联系。最后，我们提出了机器学习算法在微晶塑性模型研究，既提高了理解和澄清这些方法的有用性的范围。通过这种方式，我们阐明了先前的变形历史的作用，对微米和纳米尺寸的标本，我们用这种理解来预测的机械响应的薄膜通过预先存在的位错配置的微观结构观察。
2019-08-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Dislocation Driven Chromium Precipitation in Fe-9Cr Binary Alloy: A Positron Lifetime Study
用正电子寿命研究了初始热处理对Fe-9 Cr合金高温固溶区Cr反常析出的影响。空气淬火样品与预先存在的位错表现出不同的退火阶段，在800和1100 K之间的正电子寿命对应于铬沉淀。在此阶段，透射电子显微镜显示平均尺寸为4 nm的细沉淀物，分散在整个样品中，并且从EDS分析发现它们是富Cr的。位错的存在被认为是负责铬沉淀。
2011-09-12 cond-mat.mtrl-sci
Room-temperature bulk plasticity and tunable dislocation densities in KTaO3
本研究通过循环布氏压痕、划痕及单轴压缩实验，证明单晶KTaO3在室温下具有由位错介导的体塑性，可实现可调位错密度，并确定滑移系为<110>{1-10}，颠覆了其易脆断的传统认知。
2024-06-02 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation interaction with a tilt low angle grain boundary in bi-crystal SrTiO3
为探究陶瓷塑性变形中裂纹抑制机制，研究以带4°倾斜晶界的双晶SrTiO3为模型，结合室温布氏压痕、蚀坑成像与透射电镜，观察到位错在小角度晶界的塞积、存储与穿晶传递，为位错-晶界相互作用提供了新的介观尺度实验依据。
2025-09-05 cond-mat.mtrl-sci
On the implementation of dislocation reactions in continuum dislocation dynamics modeling of mesoscale plasticity
细观塑性力学的连续位错动力学框架旨在捕捉位错密度的演变和晶体在受到机械载荷时的变形。它通过求解一组位错的输运方程与晶体力学方程同时进行，后者以本征应变问题的形式出现。在位错输运方程中考虑位错反应对于预测这种连续位错动力学是必不可少的。提出了一个公式，将位错反应的输运方程的矢量密度为基础的连续位错动力学。这个公式的目的是严格执行位错线的连续性，使用虚拟位错的概念，关闭所有的位错环参与交叉滑移，湮灭，和滑动和固着结反应。虚拟位错的加入使我们能够准确地执行发散自由的条件后，数值解的位错输运方程的所有滑移系统单独。一组测试进行说明的准确性的制定和解决方案的输运方程内的矢量密度为基础的连续位错动力学。将这些测试的结果与较早的方法进行比较，在该方法中，仅考虑交叉滑移时，对总位错密度张量或两个密度的总和强制执行发散自由约束，表明新方法产生高度准确的结果。体模拟进行面心立方晶体的基础上的新的配方和结果进行了比较与离散位错动力学预测相同。结合实验观察，分析了连续位错动力学获得的显微组织特征。
2020-11-20 cond-mat.mtrl-sci
Effect of heavy ion irradiation on microstructure and electron density distribution of zirconium alloy characterised by X-ray diffraction technique
采用不同的X射线衍射线轮廓分析（XRDLPA）技术对Zr-1.0%Nb-1.0%Sn-0.1%Fe合金辐照后的显微组织进行了分析。用Williamson-Hall技术、修正Rietveld分析和双Voigt方法估算了辐照合金的畴尺寸、微应变、位错密度和层错几率随剂量的变化。位错密度随辐照剂量的增加有明显的变化。分析还估计了辐照后主要滑移面中位错的平均密度。首次用X射线衍射技术确定了辐照引起的电子密度分布的变化。我们可以估计的平均位移的原子和晶格应变所造成的辐射从电子密度分布的变化，如观察到的等高线图。
2006-04-27 cond-mat.mtrl-sci
