A computationally efficient implementation of continuum dislocation dynamics: Formulation and application to ultrafine-grained Mg polycrystals
连续位错动力学（CDD）代表了系统的弯曲和连接的位错线的密度场变量，其中包括体积密度的环（或“曲率密度”）作为一个额外的字段方面的演变。由于位错曲率表示的基本离散位错密度张量的空间导数，曲率场演化方程的必要性包含数值不方便的高阶导数的密度场。我们提出了一个简单的近似表示曲率的密度场，并证明其应用程序的基准问题变形的镁多晶体。
2022-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Three-dimensional continuum dislocation theory
本文提出了一个适用于含弯曲位错单晶的三维连续位错理论。一组控制方程和边界条件推导出真正的位置，塑性滑移，并在平衡中的回路功能，最小化的自由能的晶体之间的所有允许的功能，提供的位错运动的阻力可以忽略不计。对于位错运动的非零阻力，从包含耗散函数的变分方程导出控制方程。还提供了小应变的简化理论。本文给出了单晶梁单滑移和简单剪切变形的二维问题的渐近解。
2015-06-11 cond-mat.mtrl-sci
Local density approximation for the energy functional of three-dimensional dislocation systems
离散位错线系统的弹性能量泛函是位错理论中已知的。在本文中，我们演示了如何离散的功能可以用来系统地推导出近似表示的弹性能量的位错密度一样的变量，平均超过离散的位错配置和代表的位错系统的尺度上的间距以上的个别位错线。我们研究了简单的情况下，二维系统的直位错线之前，我们继续推导出能量泛函系统的三维弯曲位错线属于一个单一的，以及多个滑移系统。然后，我们说明了几个应用的理论，包括德拜屏蔽位错在二维和三维，和推导的背应力和摩擦应力项进入应力平衡的自由能泛函。
2015-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Evolution of Metal Structure at Intense Plastic Strains: Molecular Dynamics Simulation
用计算机模拟方法研究了不同强度载荷下位错运动的动力学。已确定位错具有几种不同的结构状态。位错“带”在大弯曲晶界的形成中起重要作用，因此，在细晶粒的形成中起重要作用。建立了弹性应变阶段和非弹性应变阶段的交替关系。在剪切载荷下，鉴于特殊的动力学，系统将不得不积累导致新的边界和细晶粒形成的位错的整个集合。
2003-05-07 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
Continuum Representation of Systems of Dislocation Lines: A General Method for Deriving Closed-Form Evolution Equations
塑性是由位错系统的演化决定的，一般来说是各向异性的。我们试图忠实地代表这种演变的平均在离散位错微观结构的密度样变量。从T开始。Hochrainer的位错连续理论（CDD）的基础上，我们介绍了一种方法的基础上的“最大信息熵原理”（MIEP）推导出封闭形式的演化方程的位错密度措施的不同顺序。这些方程提供了一个最佳的表示系统的弯曲和连接的位错线的信息包含在一组给定的密度措施的运动学性质。推导出的方程的性能基准对其他模型提出的文献中，使用离散位错动力学模拟作为参考。作为一个基准问题，我们研究位错移动在一个高度异质性，持久的滑移带状的几何形状。我们证明，离散模拟的优良协议，可以得到在一个非常小的数量的平均位错场包含信息的边缘和螺丝组件的总和多余的（几何上必要的）位错密度。从这些完整的位错取向分布出现的位错移动通过通道壁结构可以忠实地重建。
2016-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Modeling directional hardening and intrinsic size effects using a dislocation density-based strain gradient plasticity framework
这项工作提出了一个位错密度为基础的应变梯度$J_2$塑性框架，模型的强度贡献，由于几何必要位错（GNDs）使用低阶，泰勒硬化背应力模型。引入了一个各向异性因子来表征$J_2$塑性框架中晶粒间的差异硬化。对有限变形塑性模型的时间积分采用隐式数值算法。该框架首先用于预测由于在循环加载过程中的GND诱导的背应力的定向硬化。变形轮廓进行了研究，以了解子结构属性有助于定向硬化。然后，该框架被用来预测的内在的，晶粒尺寸相关的多晶粒系综加强。具有不同晶粒尺寸的模拟模型预测与霍尔-佩奇效应，也与阿什比的硬化模型，由于GNDs在polygrain合奏同意。
2022-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation correlations and the continuum dynamics of the weak line bundle ensemble
本文提出考虑短程相互作用的矢量密度框架下连续统位错动力学理论，定义弱线束系综，发现额外驱动力，评估六类张量位错关联，发现自关联高度各向异性且关联在粗粒化距离2-4倍内衰减，共面关联可忽略。
2024-02-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dislocation Based Mechanics: the various contributions of Dislocation Dynamics simulations
晶体材料的塑性形变受位错的运动和相互作用控制[AND 17]。离散位错动力学（DDD）模拟已经存在了大约25年，以研究中尺度的塑性流动，这是在两个非常不同的尺度之间的关键位置。在小尺度下，原子模拟特别适合于研究单个位错的核心结构或移动性，而连续方法可以模拟组件尺度下的完整和连续的机械行为。DDD的目的是模拟大位错系综对外部载荷的反应的演化，并评估位错的集体行为。
2020-01-06 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamically consistent continuum dislocation dynamics
基于位错的塑性建模是材料科学与连续介质力学交叉的核心挑战之一。发展位错的连续理论需要解决两个长期存在的问题：（i）以合理数量的变量表示位错运动学，以及（ii）以这些变量导出位错动力学（即材料定律）的平均描述。最近通过引入连续位错动力学（CDD）解决了运动学问题（i），CDD提供了位错排列张量的运动学一致的演化方程，假定给定的平均位错速度（Hochrainer（2015），Philos.Mag.95（12），1321- 1367）。在目前的文件中，我们演示了如何自由能制定可用于解决的动态封闭问题（ii）在CDD。我们这样做的最低阶CDD变种弯曲位错在一个单一的滑移的情况下。在这种情况下，一个一致的平均位错速度被发现包括五个介观剪切应力的贡献。对于一个假设的自由能表达式，我们确定这些应力贡献的背应力项和线张力项，这两个已经假定CDD。出现了新的应力贡献，这在早期的CDD模型中是缺失的，包括直平行刃位错的统计连续理论（Groma等人（2015），Acta Mater. 51，1271-1281）。此外，两个全新的应力贡献来自位错的曲率。
2015-11-06 cond-mat.mtrl-sci
Self-interaction of an arbitrary moving dislocation
给出了含位错线弹性介质的作用泛函。从这个作用得出的运动方程再现了位错所受的Peach-Köhler力和Lorentzian力。在各向同性介质线性弹性理论的框架下，导出了作用在弯曲位错上的自作用力的奇异部分和有限部分的显式表达式。位错的速度被假定为任意的，但小于剪切波的速度。研究了位错的慢速度和近音速运动。在近音速极限下，得到了主导贡献对自作用力的显式表达式。在缓慢运动位错的情况下，本文导出的有效运动方程再现了已知的结果。
2022-03-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Annihilation and sources in continuum dislocation dynamics (CDD)
连续位错动力学（CDD）的目的是表示系统的弯曲和连接的位错线的密度场变量方面的演变。在这里，我们将讨论如何在这样一个框架内的位错增殖和湮灭的过程可以描述。我们发现，这两个过程都与位错环的体积密度的变化：位错湮灭需要设想在合并的位错环，而相反的位错增殖与新的循环的产生。这两项研究结果指向的重要性，包括体积密度的循环（或“曲率密度”）作为一个额外的场变量到连续模型的位错密度的演变。我们明确地表明，这种密度是如何影响循环合并和循环生成。最低阶CDD理论的方程，使我们能够在空间平均和单向变形的假设下，恢复Kocks和Mecking的加工硬化的早期阶段的经典理论。
2018-03-02 cond-mat.mes-hall 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
Continuum dynamics of the formation, migration and dissociation of self-locked dislocation structures on parallel slip planes
在位错的连续模型中，位错的短程弹性相互作用的适当公式对于捕获晶体材料中形成的各种类型的位错图案是至关重要的。在这篇文章中，分布在两个平行的滑移面上的直位错的连续动力学模型，通过放大潜在的离散位错动力学。两个连续速度场量的引入，以促进离散到连续过渡。第一个是位错系综的局部迁移速度，它与短程位错相关性完全无关。二是位错对的退耦速度受一个阈值应力控制，该阈值应力被认为是单滑移系的有效流动应力。与普遍采用的Taylor关系相比，该公式具有两个更符合离散位错动力学的特点：i）流动应力只随位错密度的面内分量的增加而增加，因此该公式允许滑移面内位错间距最小; ii）当所有位错变为几何上必需的位错时，流动应力平滑地过渡到零。一个制度下，位错密度的不均匀性增长的确定，并通过与离散位错动力学模拟结果的比较，进一步验证。基于本文的研究结果和我们以前的工作，提出了一个将短程位错相关性纳入位错连续模型的一般策略。
2016-08-11 cond-mat.mtrl-sci
Data-mining of In-Situ TEM Experiments: on the Dynamics of Dislocations in CoCrFeMnNi Alloys
高熵合金是一类与"经典“合金相比在机械性能方面有许多显著改进的材料。相应的结构-性能关系尚不完全清楚，但通常认为良好的机械性能与位错相互作用以及由于合金化形成的复杂能量景观密切相关。虽然原位透射电子显微镜（TEM）允许对移动位错的结构和动力学进行高分辨率的研究，并使局部障碍/能量“障碍”在位错的几何形状中直接可见;然而，这种观察仅仅是定性的，并且仍然缺少对位错和能量景观之间的相互作用的详细三维分析。在这项工作中，我们利用位错作为“探针”的局部能量最大值的位错运动的钉扎点的作用。为此，我们开发了一种独特的数据挖掘方法，可以执行粗粒度的时空分析，使合奏平均相当数量的快照成为可能。研究了CoCrFeMnNi合金在TEM原位应变过程中钉扎点对位错滑移行为的影响，发现位错滑移时钉扎点强度发生变化，钉扎点沿Burgers矢量方向移动。我们的数据挖掘方法可以适用于位错运动一般，使其成为一个有用的工具，位错研究。
2022-10-02 cond-mat.mtrl-sci
An Exactly Solvable Phase-Field Theory of Dislocation Dynamics, Strain Hardening and Hysteresis in Ductile Single Crystals
本文发展了韧性单晶位错动力学、应变硬化和滞后的精确可解相场论。该理论解释了：位错线在滑移面上的任意数量和排列;位错线之间的长程弹性相互作用;由分段二次Peierls势产生的位错的核心结构;位错与所施加的解析剪切应力场之间的相互作用;以及与短程障碍物和晶格摩擦的不可逆相互作用，导致硬化、路径依赖性和滞后。本理论的一个主要优点是，它是易于分析的，在这个意义上，计算的复杂性可以减少，与援助的封闭形式的解析解，在点障碍网站的相场的值的确定。特别是，在计算中不需要数值网格。的相场表示，使复杂的几何和拓扑结构的转变，在位错系综，包括位错环成核，弓出，捏，形成奥罗万环。该理论还允许考虑不同的强度和位错线能量各向异性的障碍。该理论预测了一系列的行为，这是在定性的协议与观察，包括：硬化和单滑移单调加载下的位错增殖;反向加载下的Bauschinger效应;褪色记忆效应，从而反向屈服逐渐消除了以前的加载的影响;循环加载下的位错密度的演变，导致特征“蝴蝶”曲线;和其他。
2001-09-25 cond-mat.mtrl-sci
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
Role of density fluctuations in the relaxation of random dislocation systems
我们研究了系统的直，平行晶体位错的弛豫动力学，从最初的随机和不相关的个别位错的位置。通过考虑系统中初始密度涨落的逐渐消失，建立了弛豫过程的标度模型。该模型通过位错离散动力学的系综模拟进行了验证。令人信服的协议被发现在单滑移刃位错系统的净伯格斯矢量的位错系统无关。它也表明，该模型不工作在多个滑移几何形状。
2009-03-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
A Finite Element Method for Simulation of Coupled Dynamics of Dislocations and Fracture
本文提出一种有限元方法，用于模拟位错与裂纹耦合动力学，通过单元级离散化实现位错和裂纹的产生与扩展，并验证了其在不同尺度下的准确性与适用性。
2025-11-27 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Modeling of Dislocation Structures in Materials
建立了各向同性弹性介质中相互作用位错系综演化的唯象模型。线缺陷微观结构用空间粗晶序参量（位错密度张量）来描述。张量场满足一个守恒定律，这个守恒律是由Burgers矢量的守恒导出的。位错运动是完全耗散的，并被假定为局部驱动的塑性自由能的最小化。我们首先概述的方法和由此产生的运动方程的线性顺序的位错密度张量，获得各种固定的解决方案，并给出其几何解释。位错密度的耦合到一个外部施加的应力场，以及固定的解决方案上的字段的影响。
1996-04-09 cond-mat.mtrl-sci mtrl-th
Statistical approach to dislocation dynamics: From dislocation correlations to a multiple-slip continuum plasticity theory
由于最近成功的一个基于连续介质的非局部连续晶体塑性理论的单滑移在解释各个方面，如位错图案和尺寸依赖的塑性，几次尝试已经作出了扩展的理论来描述晶体与多个滑移系统使用特设的假设。本文提出了平行刃位错多滑移系塑性力学的细观连续介质理论。首先，我们构造Bogolyubov-Born-Green-Yvon-Kirkwood（BBGYK）积分方程，该方程与巨正则系综中不同阶的位错关联函数有关。近似的对关联函数获得单滑移系统与两种类型的位错，随后，为一般的多滑移系统的两个电荷。相关性的作用除了外应力和自洽内应力外，还表现为熵力的形式。比较与以前的多滑移理论的基础上的现象学的考虑将进行讨论。
2007-10-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Dislocation dynamics on deformable surfaces
TU Dresden（德累斯顿工业大学）；University of Oslo（奥斯陆大学）
本研究提出了一种适用于变形表面的位错动力学模型，揭示了曲率对缺陷运动的影响，并建立了表面-APFC模型以预测和解释曲率-缺陷耦合现象。
2026-02-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Scaling theory of continuum dislocation dynamics in three dimensions: Self-organized fractal pattern formation
我们专注于介观位错图案通过连续位错动力学理论（CDD）在三维（3D）。我们研究了三种不同的物理动机的动力学，这始终导致分形形成在3D中具有相当相似的形态，因此，我们认为，这是一个一般特征的3D集体行为的几何必要位错（GND）合奏。这些显著的自相似特征是用物理观测量的关联函数来度量的，这些物理观测量包括GND密度、塑性变形和晶体取向。值得注意的是，所有这些关联函数表现出空间幂律行为，共享一个单一的基本普遍的临界指数为每种类型的动态。
2013-01-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Dislocation Entropy: Temperature and Density Dependence
АО ‘‘ГНЦ РФ Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований’’, 108840 Троицк, Москва, Россия（俄罗斯联邦国家研究中心特罗伊茨克创新与聚变研究所）
本文从组合学和物理振子角度分析位错熵，探讨温度和密度对位错分布及材料硬化过程的影响。
2026-01-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.optics
Origin of the vortex displacement field in twisted bilayer graphene
提出了扭转双层膜系统中原子位移模式的模型描述。该模型是基于几个位错合奏的考虑，采用的语言，被广泛用于晶界和薄膜/基板系统。我们表明，三个合奏的平行螺旋位错是足够的，以描述作为一个整体的层的旋转，并从弹性松弛产生的涡状位移。结果给出了一个清晰的解释所观察到的结构状态的功能，如涡，伴随着交替堆叠。
2020-06-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phase ordering kinetics of second-phase formation near an edge dislocation
利用含时的单组分非保守结构序参量的Ginzburg-Landau（TDGL）方程研究了弹性晶体中刃型位错附近第二相的时空演化.采用六阶对称朗道势。位错场和弹性分别修正朗道多项式的二阶和四阶系数，前者使系数在原点奇异。TDGL方程数值求解使用有限体积法，其中广泛的参数集进行了探讨。计算的温度以上和以下的无缺陷的晶体Tc 0的转变温度。在这两种情况下，固体的弹性性质和强度之间的相互作用的序参量和弹性位移场的影响进行检查。如果系统在Tc 0以下淬火，则首先在位错的压缩侧达到稳态。在拉伸面，生长被抑制。研究了TDGL方程中热噪声项的影响。我们发现，如果位错被引入高于Tc 0，热噪声支持的第二相的形核，并达到稳定状态将提前比如果热噪声不存在。对于一个无位错的固体，我们已经比较了我们的数值计算的平均场（空间平均）序参量与时间的整体平均序参量，分析计算的后期增长，发现这两个结果都遵循后期的时间逻辑曲线。
2012-12-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Disconnection-Mediated Migration of Interfaces in Microstructures: I. continuum model
材料科学的一个长期目标是理解、预测和控制晶体材料中微观结构的演化。大多数微结构的演化是由界面运动控制的，因此，建立严格的界面运动方程是材料科学的普遍目标。我们提出了一种任意弯曲界面运动的新模型，该模型尊重在界面处相遇的两相/畴的基本晶体学，并且与界面运动的微观机制一致;即，不连续迁移（界面上的线缺陷，具有台阶和位错特征）。推导了在多种驱动力作用下界面迁移的运动方程。在本文的第二部分[Salvalaglio，Han和Srolovitz，2021]中，我们在扩散界面模拟方法中实现了本文提出的界面模型和运动方程，用于复杂形态和微观结构演化。
2021-06-28 cond-mat.mtrl-sci
