Scaling Properties of Dislocation Simulations in the Similitude Regime
位错系统表现出众所周知的标度特性，例如流动应力和位错密度之间的泰勒关系，以及将流动应力与位错图案的特征波长联系起来的“相似律”。在这里，我们讨论了这些属性的起源，这可以涉及到一般的不变性属性的离散位错系统的演化方程，以及它们的影响广泛的一类模型的位错微观结构的演变。我们表明，在一定条件下进行不同的应力，位错密度和应变速率的位错模拟可以被认为是等效的，我们研究的变形条件（“相似制度”）的范围内，这种等效性可以预期举行。此外，我们讨论了所制定的不变性的性质为基础的密度，非局部或随机模型的位错微观结构的演变，位错模式和尺寸效应的限制。
2014-08-07 cond-mat.mes-hall 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
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
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 continuum approach to combined $γ/γ'$ evolution and dislocation plasticity in Nickel-based superalloys
单晶镍基高温合金的蠕变是近几十年来研究的热点问题，而现在的模拟方法越来越能够对实验进行补充。在这些合金中，$γ/γ'$相微观结构与负载下的位错系统共同演化，并且理解相互作用对于理解所得蠕变性质是必不可少的。因此，预测建模需要能够建模和模拟相和缺陷微观结构的多物理场框架。要做到这一点，我们制定了一个耦合模型相场演化和连续位错动力学，充分占统计存储和几何必要的位错。模拟的$γ/γ'$相微观结构与四个$γ'$变体和共同发展的位错微观结构被发现是在良好的协议与实验观察。蠕变应变曲线作为微观结构演化方程的自然副产品而获得，而不需要额外的参数拟合。我们进行模拟的$γ/γ'$演化为不同的位错密度，并建立微观结构演化的驱动力，通过详细分析不同的贡献的弹性和化学能量密度的变化。连同模拟和实验蠕变曲线之间的比较，这项调查揭示了控制的机制，定向粗化（筏）的过程中，并表明，筏动力学显着依赖于位错微观结构的特性。除了在恒定载荷下进行筏运外，我们还研究了载荷条件变化的影响，并探索了通过沿不同的载荷路径进行预筏运来改善蠕变性能的可能性。
2017-02-08 cond-mat.mtrl-sci
Statistical analysis of Discrete Dislocation Dynamics simulations: initial structures, cross-slip and microstructure evolution
本研究利用discrete-to-continuous（D2C）数据挖掘框架定量分析交滑移在拉伸与弛豫过程中对位错微观结构演化的影响，并考察域平均分辨率对位错密度和曲率场的作用。
2023-07-11 cond-mat.mtrl-sci stat.AP
A model for the interaction of dislocations with planar defects based on Allen-Cahn type microstructure evolution coupled to strain gradient elasticity
在经典弹性理论中，位错的应力场具有$1/r$型奇异性。当这样的位错被认为是与一个艾伦-卡恩型相场描述的微观结构演化，这导致奇异的驱动力的序参量，导致在非物理（和离散化依赖）的预测之间的相互作用的位错和相，孪晶或晶界。我们引入了一个基于第一应变梯度弹性的框架来正则化位错核。它示出，使用的应变能量密度是二次的梯度的弹性形变的结果在非奇异应力，但可能会导致奇异的驱动力，而应变能，这是二次的梯度的全变形张量，正则化的应力和驱动力的序参量，因此是一个合适的选择。使用一个全面的例子证明了该框架的适用性。
2021-07-01 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
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
Inferring Dislocation Microstructures from X-ray Diffraction via Cross-Modal Contrastive Learning
Interdisciplinary Centre for Advanced Materials Simulation（跨学科先进材料模拟中心）；Ruhr University Bochum（波鸿鲁尔大学）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）
本文提出跨模态对比学习框架，从X射线衍射图谱直接预测三维位错结构，通过共享潜在空间对齐结构-衍射表示，约500个代表性样本即可实现准确预测。
2026-09-14 cond-mat.mtrl-sci cs.LG
The line bundle regime and the scale-dependence of continuum dislocation dynamics
Carthage College（卡尔萨奇学院）；School of materials engineering, Purdue University（普渡大学材料工程学院）
本文研究了连续位错动力学中不同分辨率下的位错密度场定义，提出线束闭合关系在粗粒化长度上更准确，而最大熵闭合关系则表现不佳。
2026-04-09 cond-mat.mtrl-sci
Physical scaling laws in dislocation microstructures and avalanches from dislocation dynamics simulations
研究通过位错动力学模拟揭示位错 avalanche 的幂律统计特性，发现幂律指数与位错密度无关，但截断参数受位错密度影响，为塑性模型提供定量尺度定律。
2026-04-23 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
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
The Peierls--Nabarro FE model in two-phase microstructures -- a comparison with atomistics
本文评价定性以及定量的准确性最近提出的Peierls-Nabarro有限元（PN-FE）模型的位错通过直接比较与等效的分子静力学模拟。为此，被认为是一个二维的微观结构试样进行简单的剪切，由一个中央软相两侧的两个硬相区域。采用等晶格间距的六角原子结构，原子间的相互作用用Lennard-Jones势描述，其能阱具有特定的相深度。在加载过程中，刃位错偶极子集中在软相的介绍，其中进展的相边界，在那里他们堆积。在足够高的外部剪切载荷下，主导位错最终被传递到更硬的相。均匀化的PN-FE模型校准到原子模型的有效弹性常数和滑移面的性质，从简单的均匀变形。为了研究不同配方的滑移面潜力的影响，采用多种方法，从一个简单的正弦函数的切向disregistration到一个复杂的模型，耦合的切向和正常的disregistration的影响。所得结果表明，定性地，位错结构，位移，应变场，和位错的演化被充分捕获。然而，PN-FE模型的简化导致位错核心内的一些差异。这种差异在位错传输过程中起着主导作用，因此无法定量地正确捕获。尽管它的简单，PN-FE模型被证明是一个优雅的工具，在两相微观结构中的刃位错行为的定性研究，虽然它可能无法定量预测。
2020-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Microstructural Comparison of the Kinematics of Discrete and Continuum Dislocations Models
基于离散数据粗粒化的简明数学公式，比较了连续位错动力学（CDD）理论和离散位错动力学（DDD）方法。一个数值工具从离散到连续表示的给定的位错配置的转换，它允许直接比较两种模拟方法的基础上连续的数量（例如标量密度，几何必要的密度，平均曲率）。调查选定的位错配置内的演化分析给定的速度场DDD和CDD揭示，CDD包含一个令人惊讶的数量的重要的微观结构的细节。
2016-03-02 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
On the Origin of Plasticity-Induced Microstructure Change under Sliding Contacts
离散位错塑性（DDP）计算进行了调查的响应的单晶接触的刚性正弦粗糙体在滑动加载条件下，寻找微观结构的位错结构的变化的原因。的机械驱动程序被确定为晶格旋转和存储的能量在地下，这可以定量相关的最近的摩擦学实验观察的发展。从DDP计算不同的接触尺寸和法向载荷获得的表面滑移起始和基底永久变形的地图建议了针对各种摩擦载荷优化定制界面和微观结构材料特性的方法。
2022-03-16 cond-mat.mtrl-sci
The interplay of local chemistry and plasticity in controlling microstructure formation during laser powder bed fusion of metals
金属部件的增材制造（AM）通过在多个长度尺度上的高设计灵活性和精度以及惊人的机械性能组合，有望实现比传统制造工艺更大的优势。表征微观结构和机械性能之间的关系仍然是这项新技术的主要挑战之一。一个自然的前兆是识别加工路径对发展中的微观结构的影响。我们结合AISI 316L不锈钢的单轨道激光粉末床融合（LPBF）扫描，有限元分析和大规模三维离散位错动力学模拟的实验研究，以提供对导致增材制造金属中异质缺陷结构形成的潜在机制的独特理解。我们的研究结果表明，位错滑移在凝固细胞壁的中断是负责细胞位错结构的形成，突出的增材制造组件的塑性形变的溶质偏析的意义。这项工作提供了一个机制的角度对异质微观结构的形成，并打开了一个可靠的预测增材制造零件的机械性能的潜力。
2022-03-28 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
A multi-physics model for dislocation driven spontaneous grain nucleation and microstructure evolution in polycrystals
提出统一热力学一致的多物理场模型，融合Cosserat晶体塑性与HMP取向相场，实现位错驱动的自发晶粒形核及晶界迁移模拟。
2025-06-10 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
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
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
In-situ nitriding of Fe2VAl during laser surface remelting to manipulate microstructure and crystalline defects
为目标应用定制复杂材料的物理性能需要优化影响电和热传输以及机械性能的微观结构和晶体缺陷。激光表面重熔可以用来改变块体材料的亚表面微观结构，从而局部控制其性能。在这里，我们介绍了一种方法来执行重熔在活性氮气氛中，以形成氮化物和诱导偏析的氮的结构缺陷。这些缺陷是由于Fe_2VAl化合物的快速凝固引起的，Fe_2VAl化合物是一种很有前途的热电材料。先进的扫描电子显微镜，包括电子通道对比度成像和三维电子背散射衍射，是由原子探针断层扫描补充，以研究晶体缺陷的分布及其局部化学成分。我们揭示了一个高密度的位错，这是稳定的，因为它们的字符作为几何必要的位错。在这些位错和小角度晶界，我们观察到氮和钒的偏析，这可以通过在氮气氛中反复重熔来增强。我们建议这种方法可以推广到其他增材制造工艺，以促进局部偏析和沉淀状态，从而操纵物理性能。
2022-03-04 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
Modeling the Thermal Stability of the $α/ω$ Microstructure in Shocked Zr: Coupling between defect state and phase transformation
在高压下，Zr经历从其环境平衡六方密堆积$α$相到简单六方$ω$相的转变。随后卸载到环境条件不会完全逆转到$α$相，而是保留显著的$ω$。先前，$ω$相的热稳定性是通过在443、463、483和503 K下冲击至8和10.5 GPa的Zr样品的等温退火的原位同步加速器X射线衍射分析来研究的。定量跟踪相体积分数，半定量跟踪位错密度。趋势包括从$ω\toα$的快速初始（瞬时）转化率，随后是平稳状态，达到新的亚稳态，保留较少的$ω$（渐近）。在开始认真的反向转变之前，观察到$ω$相中位错密度的显著降低，从而导致$ω\toα$转变被$ω$相中的缺陷阻碍的假设。作为这项工作的延续，我们提出了一个温度依赖的模型，耦合去除位错的$ω$相和逆变换通过势垒能量，这是与剩余的位错的自由能。在$ω$相中位错的减少作为滑移和攀移控制过程的总和而发生，这两者分别决定了退火过程的瞬态和渐近行为。
2018-06-15 cond-mat.mtrl-sci
Bayesian optimization of discrete dislocation plasticity of two-dimensional precipitation hardened crystals
发现材料的微观结构与力学性能之间的关系是材料科学的一个重要目标。在这里，我们概述了一种策略，利用贝叶斯优化有效地搜索多维空间的微观结构，这里定义的沉淀物（固定杂质或夹杂物作为位错运动的障碍）的尺寸分布在一个简单的二维离散位错动力学模型。目的是设计优化给定机械性能的微结构，例如，最大化对于给定应变的剪应力的期望值。找到最佳的离散化形状的分布的问题涉及到一个规范的约束，我们发现，采样空间的可能的解决方案应该以一种特定的方式，以避免收敛问题。为此，我们提出了一个通用的数学方法，可以用来产生试验解决方案，同时强制执行欧几里德范数约束随机一致。平等和不平等的约束。一个简单的技术，然后可以用来转换之间的欧几里德和其他勒贝格$p$ -范数（1-范数，特别是）的约束表示。考虑到不同的位错沉淀相互作用的潜力，我们证明了算法的最优解的收敛性，并讨论其可能的扩展到更复杂和现实的情况下，三维位错系统，也可以考虑沉淀物形状的优化。
2022-11-23 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Connecting strain rate dependence of fcc metals to dislocation avalanche signatures
该研究通过位错动力学模拟揭示了面心立方金属在不同应变率下的位错行为，展示了应变率如何影响位错雪崩的大小和分布，从而解释了材料变形的速率敏感性机制。
2025-12-30 cond-mat.mtrl-sci
An integrated full-field model of concurrent plastic deformation and microstructure evolution: Application to 3D simulation of dynamic recrystallization in polycrystalline copper
在高温下的许多时间依赖性变形过程产生显著的并发微观结构变化，可以以深刻的方式改变机械性能。这种微观结构的演变通常是缺乏中尺度变形模型和模拟。在这里，我们提出了一个集成的全场建模方案，耦合的机械响应与底层的微观结构的演变。作为第一个演示，我们集成了基于快速傅立叶变换的弹粘塑性（FFT-EVP）模型与相场（PF）再结晶模型，并进行三维（3D）模拟多晶铜的动态再结晶（DRX）。FFT-EVP和PF之间基于物理的耦合是通过以下方式实现的：（1）在FFT-EVP中采用基于位错的本构模型，其允许将预测的位错密度分布转换为存储的能量分布并传递到PF，以及（2）实施用于DRX的随机成核模型。与实验DRX应力-应变曲线校准，集成模型能够提供全场的力学和微观结构信息，从DRX可以实现定量描述和分析。有人建议，DRX的启动发生显着早于以前的预测，由于非均匀变形。DRX晶粒被揭示为在晶界和结（例如，四重连接），并且在生长期间倾向于保持与旧晶粒的三线。由此产生的应力重分布被发现有深远的影响，随后的位错演化和软化。
2015-12-02 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic-to-Meso Multi-Scale Data-Driven Graph Surrogate Modeling of Dislocation Glide
从它们在制造过程中诞生起，材料就固有地包含影响多个长度和时间尺度的机械行为的缺陷，包括空位、位错、空隙和裂纹。因此，理解，建模和实时模拟潜在的随机微观结构缺陷的演变是至关重要的多尺度耦合和传播的不确定性的原子最终老化连续介质力学的众多来源。我们开发了一个基于图形的替代模型的位错滑移的位错迁移率的计算。我们将刃型位错建模为随机行走器，在图的相邻节点之间跳跃，遵循泊松随机过程。网络表示作为一个粗粒化的分子动力学模拟，提供位错轨迹的经验计算的跳跃率。通过这种构造，我们恢复了原始的原子迁移率估计，具有显着的计算速度和准确性。此外，潜在的随机过程提供了与原始分子动力学模拟相关的位错迁移率的统计数据，允许跨尺度的材料参数和不确定性的有效传播。
2020-12-09 cond-mat.mtrl-sci
Precipitate assemblies formed on dislocation loops in aluminium-silver-copper alloys
研究了铝-银-铜合金中γ'（AlAg_2）金属间化合物相的析出组织。组织在Al-0.90at.% Ag-0.90at.% Cu合金与报道的二元Al-Ag合金相比有显著差异。基体和沉淀物之间的取向关系没有改变，但γ'相以二维开放聚集体的形式形成。每个这样的组件包含γ'相的两个变体，其交替排列以形成有小平面的椭圆单元。进一步时效后，在这些组件上形成了θ'（Al 2Cu）相。γ'沉淀物的刻面椭圆形组装形态此前尚未报道。沉淀行为的变化是由于铜修改的淬火缺陷结构的矩阵。这种沉淀形态澄清了早期对铝-银-铜合金的沉淀物数密度和机械性能的观察。
2012-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Effects of microstructure and growth conditions on quantum emitters in Gallium Nitride
氮化镓（GAN）中的单光子发射体作为有吸引力的量子系统而受到关注，这是由于用于主体材料的生长和纳米加工的成熟技术，以及其显著的化学稳定性和光电特性。我们通过系统分析不同生长条件下产生的各种样品来研究GAN中此类单光子发射体的性质。我们探讨了GAN中的本征结构缺陷（位错和堆垛层错）、掺杂和晶体取向对量子发射体形成的影响。我们调查的位置之间的关系的发射器（通过光谱和光致发光测量确定）和位置的线程位错（特征在于通过原子力显微镜和阴极发光）。我们发现，量子发射器不相关的堆垛层错或位错，相反，它们更有可能起源于点缺陷或杂质的密度调制的本地扩展的缺陷密度。
2018-11-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
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
A continuum model for distributions of dislocations incorporating short-range interactions
位错是晶体永久变形的主要载体。对于工程应用的模拟，优选连续模型，其中材料微观结构由位错的连续密度分布表示。在连续体模型中捕捉短程位错相互作用是具有挑战性的，这些短程位错相互作用在离散位错模型的标准平均程序之后消失。在这项研究中，我们考虑系统的平行直位错墙和发展连续描述的短程相互作用的位错通过使用渐近分析。所得到的连续短程相互作用公式被纳入连续模型的位错动力学的基础上的一对位错密度势函数，代表连续分布的位错。该连续介质模型能够描述各向异性位错的相互作用和运动。从数学上讲，这些短程相互作用项保证了连续介质模型具有离散位错动力学模型所具有的强稳定性。通过与离散位错动力学模拟结果的比较，验证了所提出的连续介质模型的正确性。
2018-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Evolution of interfacial dislocation network during low-stress high temperature creep of particle strengthened alloy system using discrete dislocation dynamics simulations
采用三维离散位错动力学模拟（DDD）研究了高温下颗粒强化合金系统在恒定应力作用下界面位错网络（IDN）的演化。我们已经修改了位错迁移率的法律，将恢复位错网络的攀登。显微组织由均匀分布的长方体状夹杂物镶嵌在模拟箱中组成。基于系统的模拟IDN的形成作为施加的应力的函数为规定的粒子间的间距和滑移-爬升迁移率比，我们推导出有效应力和归一化位错密度之间的关系。我们使用链接长度分析显示不动的位错链接的自相似性，无论施加的应力水平。此外，我们推导出的应变硬化材料的泰勒关系的基础上的有效应力之间的比率的活动和不活动的位错密度的依赖关系。我们证明的关系的帮助下，考虑到平衡的位错密度的倍增和湮灭率的理论模型。
2019-04-15 cond-mat.mtrl-sci
Deep Learning of Crystalline Defects from TEM images: A Solution for the Problem of "Never Enough Training Data"
CEMES-CNRS（法国国家科学研究中心CEMES研究所）；Institute of Physics of Materials, Czech Academy of Sciences（捷克科学院材料物理研究所）；RWTH Aachen University（亚琛工业大学）
针对TEM位错图像训练数据不足，本文提出参数化合成数据生成模型及面向重叠位错线的增强分割方法，可在四个真实数据集上实现高质量泛化，少量真实图像微调后效果更佳。
2023-07-12 cond-mat.mtrl-sci cs.CV
On the dynamics of curved dislocation ensembles
发展基于位错的晶体塑性统计连续理论是材料科学的一个重大挑战，在过去的二十年中，这种理论已经发展为平行刃位错系统的时间演化理论。演化方程是通过对单个位错的运动方程进行系统的粗粒化而得到的，然后通过应用相场论的标准形式从位错密度和应力势的泛函中检索。然而，这是一个长期存在的问题，如果一个类似的程序可以建立弯曲脱位系统。这样一个理论的一个重要先决条件最近已经建立了一个基于密度的运动学理论的移动曲线。本文提出了一种方法，系统地推导了单滑移情况下弯曲位错系统的动力学。为了降低问题的复杂性，一个偶极近似的取向依赖的密度变量。这导致了一个封闭的一组运动学演化方程的总位错密度，GND密度，和所谓的曲率密度。与刃型位错模型的类比所得到的方程允许一个推广的相场形式主义，并获得一个封闭的动态演化方程组。
2020-12-23 cond-mat.mtrl-sci
Cell structure formation in a two-dimensional density-based dislocation dynamics model
位错自组织形成的胞状花样是塑性形变过程中位错组织演化的最显著特征。为了阐明位错胞结构形成的物理机制，我们使用了一个极小模型的位错密度在负载下的演变。在平面应变条件下，只考虑两个滑移系，我们得到了一个易于进行稳定性分析和数值模拟的模型。我们使用这个模型来建立分析稳定性标准的细胞结构出现，调查的图案化过程中的动力学和建立图案波长选择的机制。这种分析表明硬化和细胞结构形成之间的密切关系，这似乎是应变硬化本身几乎不可避免的必然结果。相比之下，像交叉滑动这样的特殊机制，在细胞模式的形成中是偶然的。
2020-07-17 cond-mat.mtrl-sci
The $Λ$-invariant and topological pathways to influence sub-micron strength and crystal plasticity
在小体积中，已知样品尺寸强烈影响机械行为，特别是强度和晶体塑性。这种相关性在所谓的中尺度上逐渐消失，在实验和模拟中，中尺度的定义都是几微米。然而，这一图像依赖于初始缺陷配置的纠缠。在本文中，我们研究了样品尺寸与位错拓扑结构的完全控制的效果，通过使用一种新的观察位错系综，$Λ$不变的，这只取决于相互位错链接：它是建立在自然的旋涡性质的位错，它有一个连续/离散的对应关系，可能有助于多尺度建模描述。我们调查任意复杂的初始位错微观结构在亚微米尺寸的支柱，使用三维离散位错动力学模拟有限体积。我们演示了如何工程纳米级位错合奏，出现几乎独立于样品尺寸，无论是由偏置随机位错环沉积或连续的机械载荷的压缩和扭转。
2019-06-04 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
$ρ$-CP: Open Source Dislocation Density Based Crystal Plasticity Framework for Simulating Temperature- and Strain Rate-Dependent Deformation
本文提出开源的基于位错密度晶体塑性框架$ρ$-CP，采用Kocks型热激活流动和内状态变量描述温度与应变率效应，集成于MOOSE求解器，成功预测了多种晶体结构金属的复杂力学行为与微结构演化。
2023-03-30 cond-mat.mtrl-sci
Isothermal Annealing of Shocked Zirconium: Stability of the Two-phase $α/ω$ Microstructure
在高压条件下，Zr经历从其环境平衡六方密堆积$α$相到六方$ω$相的相变。在恢复到环境条件时，材料显示滞后行为，保留大量的亚稳$ω$相。本研究提出了一种原位同步辐射X射线衍射分析的Zr样品冲击加载到压缩峰值应力为8和10.5 GPa，然后在443，463，483，和503 K的温度下退火。定量跟踪了退火过程中$α$相体积分数的变化，定性跟踪了退火过程中两相位错密度的变化。在加热时，$ω\toα$的逆转变不会完成，而是达到新的亚稳态。在较高温度下，初始转化速率较快。冲击加载到更高的峰值压力的样品经历了更高的初始转化率和更广泛的转化。在这两个阶段的位错含量被观察到是高的冲击样品。退火样品减少了两个相中的位错含量，在$ω$相中的减少较少，导致从$ω\toα$的转变受到$ω$相中位错结构的钉扎效应的限制的假设。电子背散射衍射分析证实，预期的$(0\;0\;0\;1)_α\parallel(1\;0\;\overline{1}\;1)_ω$和$[1\;0\;\overline{1}\;0]_α\parallel[1\;1\;\overline{2}\;\overline{3}]_ω$取向关系保持在退火期间的$α$相的成核和生长期间。\end{abstract}
2015-03-13 cond-mat.mtrl-sci
Theory and Simulation of the diffusion of kinks on dislocations in bcc metals
用分子动力学模拟了体心立方铁中热涨落（1/2）<111>螺位错、<100>刃位错和（1/2）<111>刃位错在零应力条件下的孤立扭结。扭结被认为是执行随机运动在一个潜在的景观，这取决于位错的性格和几何形状，和他们的运动提供了新的洞察力耦合的位错的热浴。通过模拟计算，得到了扭结形成能、迁移势垒和摩擦参数。一个离散的Frenkel-Kontorova-Langevin（FKL）模型是能够再现粗粒度的数据从MD在一小部分的计算成本，而无需假设先验的温度依赖性超出波动耗散定理。分析结果表明，离散效应在热激活位错滑移中起着重要作用，揭示了分子动力学和位错动力学之间存在一个关键的中间长度尺度。该模型被用来调查下发现在辐照材料中的位错微观结构的演变中消失的小应力水平的位错运动。
2013-01-03 cond-mat.mtrl-sci
Stress in planar cellular solids and isostatic granular assemblies: Coarse-graining the constitutive equation
最近的一个理论，在均衡颗粒和细胞系统的应力传递预测的本构方程，耦合应力场的局部微观结构。该理论不能应用于宏观系统，因为本构方程变得平凡后，简单的粗粒化。这个问题在这里解决了任意平面结构。该解决方案是基于观察交错的顺序，使得有可能耦合的应力，以减少几何张量，可以粗粒度。这里提出的方法使得有可能将这一想法应用到现实的系统，其交错顺序通常是“挫败”。这是通过重正化过程来实现的，该过程消除了挫折，并且能够使用可升级的约化张量。作为一个例子，我们计算的应力，由于缺陷的周期性固体泡沫。
2003-12-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
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
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 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 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
Density-based crystal plasticity : from the discrete to the continuum
由于位错动力学涉及的时间和空间尺度的巨大范围，在宏观尺度上的塑性建模需要一个连续的公式。在本文中，我们提出了一个严格的配方之间的过渡离散，其中塑性流动是解决在规模的个别位错，和连续，其中位错的密度表示。首先，我们专注于基本的粗粒化过程，并表明新兴的相关引起的应力是尺度相关的。这些应力中的每一个都可以扩展为两个分量之和。第一个取决于位错密度的局部值，并且总是与所施加的应力和由几何必要位错（GND）密度产生的长程平均场应力的总和相反;该应力充当摩擦应力。第二分量取决于位错密度的局部梯度，并且固有地与弹性域的平移相关联;因此，它充当背应力。我们还表明，这些摩擦和背应力包含的位错破裂组件，使当地所经历的应力取决于他们的伯格斯矢量的符号。
2016-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Elasto-plastic evolution of single crystals driven by dislocation flow
本文介绍了一种单晶体大应变、几何非线性弹塑性动力学模型。我们的模型的主要特点是，塑性动力学是完全由位错的运动，也就是说，$1$维拓扑缺陷的晶格驱动。众所周知，位错的滑移运动是许多晶体材料，特别是金属中塑性形变的主要微观机制。我们提出了一种新的几何语言，建立在时空“滑移轨迹”和“晶体支架”的概念来描述（离散）位错的运动，并将这种运动耦合到塑性流动。在我们的模型中的能量和耗散关系是来自第一原理的晶体建模，弹性和热力学的理论。由此产生的力平衡涉及一个新的构型应力张量描述的力作用于防滑。为了将我们的模型放入上下文中，我们进一步表明，它恢复了几个法律，在特殊情况下已知的，最值得注意的是Peach-Koehler力（线性配置力）的方程和事实，即所有位错的组合产生的塑性畸变场的卷曲。最后，我们还包括一个简短的讨论，一些其他的影响，如硬化，软化，位错攀移，粗粒化，可以纳入我们的模型。
2022-02-09 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
Dislocation distribution, crystallographic texture evolution and plastic inhomogeneity of Inconel 718 fabricated by laser powder-bed fusion
塑性不均匀性，特别是局部应变，是导致工程合金失效的主要机制之一。研究了Inconel 718合金增材制造过程中微观组织的空间排列和分布及其对塑性不均匀性的影响。特别是，几何必要位错（GNDs）的密度和空间分布和晶体织构组件进行了检查与空间塑性形变。结合显微镜和EBSD进行原位拉伸试验，以了解建成后微观结构的演变及其对空间和时间变形行为的影响。没有层间旋转的双向扫描策略导致<001>由细立方状{100}织构晶粒分隔的粗高斯状{110}织构晶粒<001>的高度有序的交替排列。这种策略还导致具有规则图案的位错（特别是GND）的整体高密度：细晶粒包含非常高的GND密度，而粗晶粒包含较少的GND，但它们被定向为垂直于扫描方向。虽然这种策略导致了各向同性所需的占主导地位的立方体织构，但在塑性形变期间，立方体织构逐渐减弱，并且不期望的戈斯分量增加。与柱状晶粒形态和对齐的GND排列一起，这种织构演化在变形期间引起强烈的塑性不均匀性。用涉及67°层旋转的棋盘策略替换双向策略导致较低的GND密度和晶体织构和GND的更随机的分布，其中主导的立方体组分（和较低的戈斯织构）在整个塑性形变中保持稳定，从而降低塑性不均匀性。
2023-03-19 cond-mat.mtrl-sci
Modeling the evolution of representative dislocation structures under high thermo-mechanical conditions during Additive Manufacturing of Alloys
该研究以AISI 316L不锈钢LPBF冷却过程残余应力形成为例，结合热力有限元与大规模三维DDD模拟，分析模拟域约束对位错结构的影响，提出RVE表征准则，为介观材料模拟提供基础。
2023-07-19 cond-mat.mtrl-sci cs.NA math.NA
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
