Effect of Ag and Zr solutes on dislocation emission from the Σ11(332)[110] symmetric tilt grain boundary in fcc Cu
溶质的添加通常用于稳定纳米晶体材料以防止晶粒生长。然而，这些溶质在晶界处偏聚，也影响在外加应力下从晶界处的位错成核的过程。使用原子模拟，我们证明了溶质对位错成核的影响强烈地依赖于溶质在晶界处的分布，这可以根据溶质类型而显着变化。特别是，我们的研究结果表明，具有较小的尺寸失配的溶质可以更有效地抑制位错发射从晶界。考虑到位错滑移源于晶界或其三重连接点是塑性形变的主要机制时，晶粒尺寸减小到纳米级，我们强调的重要性，寻找最佳的溶质添加剂，这将稳定的纳米晶材料对晶粒生长，并在同一时间，有效地抑制从晶界的位错成核。
2017-12-20 cond-mat.mtrl-sci
Melting at dislocations and grain boundaries: A Phase Field Crystal study
用相场晶体方法研究了位错和晶界熔化的三维问题。孤立的位错被发现熔化从他们的核心径向向外，作为本地化的过剩弹性能量驱动器的熔体半径的幂律发散。低至中等角度晶界内的位错熔化类似，直到当相邻熔化区域合并时发生角度相关的一阶润湿转变。高角度的边界内的屏蔽近似处理，并讨论了有关的合奏，亚稳性和晶粒尺寸的问题。
2008-01-05 cond-mat.mtrl-sci
Energy of low angle grain boundaries based on continuum dislocation structure
在本文中，我们提出了一个连续体模型来计算任何给定的自由度（任意旋转轴，旋转角和边界平面取向）的连续位错结构的基础上的低角度晶界的能量。在我们的连续介质模型中，我们尽量减少晶界能量与位错结构的约束弗兰克的位错公式与所有可能的伯格斯矢量。用罚函数法将约束极小化问题转化为无约束极小化问题。晶界位错结构近似为直位错网络，预测晶界的能量和位错密度。晶界能的基础上计算的位错结构是能够将其各向异性的性质。我们使用我们的连续介质模型，系统地研究了面心立方铝中$<111>$小角度晶界的能量与任何边界平面取向和所有六种可能的Burgers矢量。与原子模拟结果的比较表明，我们的连续体模型是能够给小角度晶界的能量和位错密度的良好的预测。我们还研究了在其他自由度不变的情况下，面心立方铝中小角度晶界随旋转轴变化的能量。经过适当的修改，我们的模型也适用于异质界面的位错结构和能量。
2016-12-18 cond-mat.mtrl-sci
Yielding Transitions and Grain-Size Effects in Dislocation Theory
本文采用前人提出的热力学位错理论分析了多晶固体中的屈服转变和晶粒尺寸效应。计算是基于1995年Meyers等人在应变硬化条件下对多晶铜的实验结果。主要的断言是，众所周知的霍尔-佩奇效应是由增强的强度的位错源在晶粒的边缘，而不是通常假设的阻力位错流穿过晶界。该理论描述了屈服点处弹性变形和塑性形变之间的快速转变，因此可以用来预测屈服应力和流动应力的晶粒尺寸依赖性
2017-01-29 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
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
A phase field model of the effects of dislocation microstructure on grain boundary motion during recrystallization
M. Zaiser Friedrich-Alexander Universit\"at Erlangen-N\"urnberg Department of Materials Science, WW8-Materials Simulation Dr.-Mack Strasse 77, 90762 F\"urth, Germany
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
Effects of the grain size and shape on the flow stress: A dislocation dynamics study
采用位错动力学模拟方法研究了晶粒尺寸和形状对模型铜晶粒流动应力的影响。我们考虑1.25-10 $μ$ m尺寸的颗粒，三种取向（<135>，<100>和<111>）和三种形状（立方体，板和针）。模拟了单晶粒和四晶粒两种周期性聚集体，研究了晶界处不同的位错通量。结果表明，在所有情况下的流动应力与晶粒尺寸的平方根的倒数线性变化，与强烈的晶粒取向和形状变化的比例因子。根据其他模拟结果和实验观察的模拟结果进行了讨论。最后，提出了一个简单的模型来考虑晶粒形状对晶粒尺寸效应的影响。
2019-03-05 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation impediment by the grain boundaries in polycrystals
本文发展了考虑晶界阻碍位错的位错热力学理论来分析多晶体的剪切试验。通过一小部分基于物理学的材料参数，我们能够模拟载荷及其逆转的应力-应变曲线，这与Thuillier和Manach [2009]的实验曲线一致。给出了载荷作用下的塑性滑移及其反转的典型分布，它们的演变解释了载荷反转过程中过渡阶段的延长长度。
2021-04-12 cond-mat.mtrl-sci
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
Atomistic survey of grain boundary dislocation interactions in FCC Nickel
众所周知，晶界（GBs）对多晶材料的力学性能有很大的影响。不为人所知的是不同的GB如何与位错相互作用，以影响位错运动。本工作提出了一个分子动力学研究33个不同的FCC镍双晶，每个受到四个不同的应变状态，以诱导入射位错GB相互作用的132个独特的配置。由此产生的模拟进行分析，以确定的相互作用，影响通过GB的位错传输的可能性，以更好地通知多晶体内的位错运动的介观模型的属性。它被发现的能力来预测的滑移系统的传输位错使用常见的几何准则被确认。此外，机器学习过程的实施揭示了几何属性，如最小潜在的剩余伯格斯矢量（RBV）和两个晶粒之间的取向差，是更强的指标是否位错将传输比其他属性，如解决的剪切应力。
2019-02-05 cond-mat.mtrl-sci
Characterization and visualization of grain boundary disconnections
我们介绍了一种方法来可视化沿晶界位错在原子水平。它使用原子级的奈张量，代表位错密度。为了计算晶界处的Nye张量，我们将Hartley-Mishin应变梯度计算扩展到位移移位完全晶格。我们表明，该方法是有效的，在可视化断开和晶界相结的位错含量的体心立方钨，以及面心立方铜。此外，我们使用的方法来表征的二维晶界相核的对称倾斜晶界在钨的形态。该方法既适用于体位错，也适用于晶界断开，是研究体位错与晶界的相互作用和反应以及晶界断开的理想方法。
2022-01-31 cond-mat.mtrl-sci
A coupled model of diffusional creep of polycrystalline solids based on climb of dislocations at grain boundaries
本文提出了一种基于热力学的连续介质理论来模拟多晶固体的扩散蠕变。它由空位扩散和力学的耦合问题组成，其中空位在晶界处的产生/吸收是由晶界位错攀移驱动的。该模型是在一般平衡定律和完成的选择符合经典的非平衡态热力学的本构方程。扩散蠕变的动力学是从基于物理的机制在晶界处的位错的攀登，从而引入了对边界位错的密度和流动性的扩散蠕变的依赖。几个有代表性的例子已经解决了使用有限元方法，并假设代表性的体积元素组成的阵列的规则形状的晶体。应力，温度，晶粒尺寸和晶界位错迁移率的影响进行了分析和比较与经典理论的扩散蠕变。模拟结果表明，本模型再现宏观应力和晶粒尺寸的依赖性下观察到的扩散和界面控制制度，以及这种依赖性与温度的演变的能力。此外，该模型的数值实现允许通过微观结构预测微观场的演变。
2019-11-15 cond-mat.mtrl-sci
Secondary Grain Boundary Dislocations Alter Segregation Energy Spectra
本研究发现二次晶界位错对溶质原子偏析的影响远超无缺陷晶界，利用纳米级关联断层扫描量化了Fe-W合金中位错与偏析能谱的关系，为先进材料设计提供了新自由度。
2024-11-15 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
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
Dislocation Transmission Across Tilt Low-Angle Grain Boundaries in BCC Fe: The Role of Elastic Interactions
本研究通过分子动力学模拟发现弹性相互作用是体心立方铁中小角度晶界阻碍位错透射的主导因素，建立的解析模型可定量预测位错透射应力，为晶界强化材料设计提供依据。
2025-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Role of grain boundary and dislocation loop in H blistering in W: A Density functional theory assessment
采用第一性原理密度泛函理论研究了晶界和位错环在W中H鼓泡中的作用。在低温下，当{ \Sugma }3（111）倾斜晶界与形成能为零的空位结合时，在（111）平面中每（1 × 1）单位可以捕获多达9个H原子。H的含量会削弱边界上的凝聚力，以至于沿着GB的解理已经放热。在高温下，这种影响仍然很明显。对于（100）面中无限大的位错环，即使在室温以上，每个（1x 1）单位也可以捕获4个H，从而产生足够强的退粘力来破坏晶体。我们的数值计算结果表明，明确的晶界和位错环可以作为H起泡的前体。此外，没有H2分子可以形成在任何环境中的W键开始断裂之前，很好地解释了H起泡在无空隙的情况下，在非破坏性照射。
2011-01-15 cond-mat.mtrl-sci
Dynamic drags acting on moving defects in discrete dispersive media: from dislocation to low-angle grain boundary
虽然连续介质理论已被广泛用于描述位错的长程弹性行为，但它在描述位错核附近的力学行为方面的能力有限。连续介质理论的这种局限性主要源于核心区的离散性，这在滑移过程中对位错核心产生了拖曳力。根据外部条件，不同的阻力机制被激活，以自己的方式控制位错的动力学。这是由位错的合成速度所揭示的。在这项工作中，我们开发了一个理论框架，一般描述动态拖曳位错，因此，推导出一个唯象本构方程。此外，由于一个小角度晶界（LAGB）可以被视为一个阵列的位错，我们扩展模型来描述的流动性规律的LAGBs作为一个函数的取向差角。因此，我们证明，无论是位错和LAGB遵循开发的本构方程具有相同的数学形式，尽管他们不同的阻力源。该模型也得到了分子动力学模拟的支持。因此，这项工作对于从根本上了解作用于缺陷的动态阻力具有重要意义，并有助于对各种阻力机制进行一般描述。
2019-12-14 cond-mat.mtrl-sci
Grain boundary effect on nanoindentation: A multiscale discrete dislocation dynamics model
纳米压痕是一种利用低载荷和小压痕深度在小尺度上研究材料力学性能的简便方法。然而，晶界（GB）对纳米压痕响应的影响仍然不清楚，需要通过详细调查在纳米压痕过程中位错和GB之间的相互作用进行研究。在目前的工作中，我们采用了三维多尺度建模框架，耦合三维离散位错动力学（DDD）与有限元方法（FEM）研究GB对铝双晶纳米压痕行为的影响。位错和GB之间的相互作用的物理模型在一个可穿透GB，其中堆积的位错可以穿透GB和位错碎片在GB可以发射到晶粒中的全位错。在模拟中，我们证实了两个实验观察到的现象，即，弹出事件和压痕硬度的依赖性从GB的距离。观察到两个pop-in事件，其中初始pop-in事件与位错的激活和增殖有关，而GB pop-in事件则是位错通过GB传输的结果。通过改变压头与GB之间的距离，模拟表明，压痕硬度随着GB-压头距离的减小而增加。一个定量模型已制定的压痕硬度压痕深度和GB压头距离的依赖关系，由堆积的几何必要的位错在塑性区中产生的背应力和附加的约束所施加的GB上的塑性区的大小。
2019-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Molecular Dynamics Simulation of Ga Penetration along Grain Boundaries in Al: a Dislocation Climb Mechanism
其中液体金属与多晶固体接触的许多系统在晶界与固-液界面相遇处呈现深的液体凹槽。例如，液态Ga迅速渗透到Al的晶界深处，导致在非常小的应力下沿晶断裂。我们报道了一系列的分子动力学模拟的液体镓与铝双晶体接触。我们确定了液态金属脆化的机制，开发了一个新的模型，并表明这是在很好的协议与模拟和实验数据。
2007-02-16 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
Localization of Yttrium Segregation within YSZ Grain Boundary Dislocation Cores
多晶电解质中晶界处的离子导电性阻塞是为了改善固态燃料电池和电池的性能而需要克服的主要障碍之一。为此目的，利用离子导电材料如氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）中晶界的物理性质下降到原子尺度成为非常重要的任务。在这里，我们提出了一个单一的晶界在9摩尔%的氧化钇含量YSZ双晶体的结构和成分分析的像差校正扫描透射电子显微镜。我们的研究结合了应变和成分原子分辨率分析与密度泛函理论计算，以找到一个优先偏析钇在晶界位错核心的膨胀原子网站。这些结果解决了一个关键的一步，了解到原子尺度的晶界的物理性质。
2019-08-08 cond-mat.mtrl-sci
Direct Imaging of Hydrogen-Driven Dislocation and Strain Field Evolution in a Stainless Steel Grain
Department of Engineering Science, University of Oxford（牛津大学工程系）；Condensed Matter Physics and Materials Science Department, Brookhaven National Laboratory（布鲁克海文国家实验室凝聚态物理与材料科学系）；Center for Functional Nanomaterials, Brookhaven National Laboratory（布鲁克海文国家实验室功能纳米材料中心）；Advanced Photon Source, Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室先进光子源）；London Centre for Nanotechnology, University College London（伦敦大学学院伦敦纳米技术中心）；Shanghai Nuclear Engineering Research and Design Institute（上海核工程研究设计院）；School of Aerospace, Mechanical and Mechatronic Engineering, The University of Sydney（悉尼大学航空航天、机械与机电工程学院）
本研究通过原位X射线衍射成像揭示了氢驱动不锈钢晶粒中位错和应变场的演化机制，提供了氢诱导位错行为的实验验证和多尺度建模基础。
2025-12-18 cond-mat.mtrl-sci
Incorporating point defect generation due to jog formation into the vector density-based continuum dislocation dynamics approach
在晶体材料的塑性形变过程中，运动位错上的凹凸会产生点缺陷，如空位和位错。在基于矢量密度的连续位错动力学框架内，开发了塑性形变过程中点动形成和传输的详细模型（Lin和El-Azab，2020; Xia和El-Azab，2015）。作为该模型的一部分，点缺陷的产生与jog运输制定的体积变化，由于非保守运动的jog。还建立了空位和空位子的平衡方程，包括空位子和空位子由慢跑输运产生的速率。通过引入点缺陷本征应变所贡献的应力，实现了点缺陷与位错动力学之间的双向耦合。在位错的迁移率定律中进一步引入了缓动应力，以解释点缺陷产生过程中的能量耗散。一些测试问题和完全耦合模拟位错动力学和点缺陷的产生和扩散进行。结果表明，由于两种缺陷的形成能不同，空位和间隙原子的产生具有不对称性。结果还表明，当点缺陷产生机制与位错动力学耦合时，获得了更高的硬化速率和更高的位错密度。
2021-02-08 cond-mat.mtrl-sci
Atomic Structure of Grain Boundaries, Dislocations and Associated Strain in Templated Co-evaporated Photoactive Halide Perovskites
Monash University（莫纳什大学）；University of Oxford（牛津大学）
研究通过低剂量电子显微镜技术揭示了模板化FA0.9Cs0.1PbI3-xClx薄膜的原子结构，发现其具有<001>轴的优先晶向取向，并揭示了高角和低角晶界、位错及应变场的特性，为理解缺陷对光伏器件性能的影响提供原子级见解。
2026-04-06 cond-mat.mtrl-sci
An analysis of the influence of grain size on the strength of FCC polycrystals by means of computational homogenization
采用基于多晶体集合体计算均匀化的多尺度策略，分析了晶粒尺寸对面心立方多晶体流变应力的影响。每个晶体的力学行为由基于位错的晶体塑性模型给出，其中临界分解剪应力遵循泰勒模型。变形过程中每个滑移系中位错的产生和湮灭由Kocks-Mecking模型给出，该模型经过修改以考虑晶界处的位错储存。以多晶Cu为例验证了模拟策略，所有模型参数均由位错动力学模拟或实验获得，模拟结果与文献中的实验数据吻合较好。该模型被应用于探讨不同的微观结构因素（初始位错密度，晶粒尺寸分布的宽度，织构）的晶粒尺寸效应的影响。结果发现，初始位错密度，$ρ_i$，起着主导作用的晶粒尺寸效应的大小和流动应力的依赖性与晶粒尺寸的逆幂（$σ_ y -σ_\infty \propto d_g^{-x}$）打破了大初始位错密度（$> 10^{14}$ m $^{-2}$）和晶粒尺寸$d_g > $ 40 $μ$ m FCC金属。然而，它被发现，晶粒尺寸的贡献强度遵循幂律函数的无量纲参数$d_g\sqrt{ρ_i}$的应用应变（$<$ 2 \%）的小值，与以前的理论考虑塑性的尺寸效应。
2018-01-16 cond-mat.mtrl-sci
The role of dwell hold on the dislocation mechanisms of fatigue in a near alpha titanium alloy
在近α钛合金Ti6242Si中出现在高度错位取向的软/硬晶粒对中的位错结构进行了检查，在疲劳过程中施加和不施加载荷保持（停留）。软晶粒中的位错堆积导致相邻硬晶粒中的内应力，该内应力可以通过在局部Frank-Read源处的位错增殖来松弛，该过程通过在负载保持期间提供松弛时间来辅助。这一过程的速率被认为是由<c + a>锥体交叉滑移和基底连接的形成所控制的。<a>通过双滑移观察到高密度的棱柱堆积，以及在高度错位取向的晶粒对的软晶粒中的刃位错的成核，增加了开裂的可能性。<a>由这种堆积发展的应力集中被认为是更高的停留疲劳（单端堆积）比在低周疲劳（双端）。分析模型表明，在驻留疲劳中，由这种堆积产生的硬晶粒上的最大正应力将接近基底，约2.5度到（0002）。这为钛合金中驻留疲劳裂纹成核合理化的主要假设提供了支持，该假设来自Stroh堆积模型，并详细说明了由甩负荷引起并导致基底小面化的潜在位错现象。
2020-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen embrittlement controlled by reaction of dislocation with grain boundary in alpha-iron
金属在含氢环境中吸收的氢原子会导致在承载条件下使用的金属部件过早断裂。由于在实践中使用的金属大多是多晶的，晶界（GBs）可以在金属的氢脆中发挥重要作用。在这里，我们表明，GB与晶格位错的反应是多晶金属氢脆机理的关键组成部分。我们使用原子模型的方法来研究的力学响应的GB在α-铁与不同的氢浓度。分析表明，位错对晶界的碰撞和发射使晶界局部转变为原子结构更加无序的激活态，并引起局部应力集中。用氢原子分离的GB的活化可以极大地促进GB的脱粘。我们表明，这里提出的氢脆模型可以更好地解释许多实验观察。
2018-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Computational statistics of segregation and dislocation activities of hydrogen charged free surfaces and grain boundaries
本研究通过MD和GCMC模拟，统计了充氢自由表面和晶界的氢偏析及位错活动，发现氢均匀分布于表面但降低位错密度，并倾向于沿小角度晶界偏析，而大角度晶界可增加位错密度。
2025-01-19 cond-mat.mtrl-sci
Grain boundary strengthening of FCC polycrystals
采用计算均匀化方法分析了晶粒尺寸对面心立方多晶流动强度的影响。在有限应变塑性的背景下，每个晶粒的机械行为由基于位错的晶体塑性模型决定，并考虑到在晶界处形成堆积。所有的模型参数具有明确的物理意义，并确定了不同的FCC金属位错动力学模拟或实验。结果表明，晶粒尺寸对面心立方多晶体流动强度的影响主要取决于位错平均自由程与体相位错密度之间的相似系数$K$。最后，通过与Ni、Al、Cu和Ag的晶粒尺寸对流动强度的影响的实验结果的比较，验证了建模方法。
2019-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Damage nucleation from repeated dislocation absorption at a grain boundary
用分子动力学模拟了位错在晶界反复吸收的损伤形核过程。在晶粒边界位错交叉点，原子洗牌事件决定了如何容纳由进入的位错所带来的自由体积。这个过程反过来又决定了裂纹成核机制，以及临界应变和破裂前可以吸收的位错数量。较低的应变速率促进早期裂纹成核和损伤成核模式，其中开裂之前的位错发射。这里提出的模拟方法也可用于探测其他类型的边界，虽然需要多个等效的初始配置来量化给定晶界的抗损伤性。
2014-07-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dislocation-induced stress in polycrystalline materials: mesoscopic simulations in the dislocation density formalism
在本文中，我们提出了一个简单而有效的数值方法，允许快速傅立叶变换为基础的评估所产生的应力与任意方向的位错和伯格斯矢量，如果（网站相关）位错密度是已知的。我们的方法允许使用形状各向异性离散单元的矩形网格的位错应力的评价，而不采用较高的多极矩的位错相互作用系数。使用所提出的方法，我们首先模拟由相对简单的非均匀分布的垂直边缘和所谓的“混合”位错在盘形样品，这是必要的理解在更复杂的系统中的位错行为所产生的应力。我们的主要研究部分是在位错密度随离层底距离迅速变化的多晶层中的应力分布。考虑到GAN作为这样的系统的一个典型例子，我们研究位错诱导的应力为刃型和混合位错，具有随机取向的伯格斯矢量晶粒之间。我们发现，位错密度的快速衰减导致许多高度非平凡的功能，在这样的层中的应力分布，并详细研究这些功能的平均晶粒尺寸的依赖关系。最后，我们开发了一种分析方法，使我们能够预测的应力方差与晶粒尺寸的演变，并比较分析预测与数值结果。
2018-04-05 cond-mat.mtrl-sci
Data-mining of dislocation microstructures: concepts for coarse-graining of internal energies
位错塑性的连续体模型需要本构闭合假设，例如，通过将位错微观结构的细节与能量密度相关联。目前，还没有系统的方法从参考模拟（例如离散位错动力学或分子动力学）中导出或提取这样的信息。在这里，提出了一种新的数据挖掘方法，通过该方法可以从离散位错系统中提取能量密度数据。我们的方法依赖于一个系统的和受控的粗粒化过程，从而与感兴趣的长度尺度一致。对于数据挖掘，使用了从2D和3D离散位错动力学模拟生成的一系列不同的位错微观结构。数据集的分析结果在能量密度配方作为各种位错密度场的函数。该方法解决了位错微结构粗晶化过程中体素尺寸相关能量计算的长期问题。因此，它是任何连续位错动力学模拟的关键。
2020-12-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Solute effects on interfacial dislocation emission in nanomaterials: nucleation site competition and neutralization
界面形核是纳米晶材料塑性形变过程中位错产生的主要过程。旨在稳定纳米晶体金属以防止晶粒生长的溶质添加剂可能会偏析到晶界和三重结，在那里它们会影响位错发射的过程。在这封信中，我们证明了在含有竞争溶质偏析位点和位错源的纳米晶体材料中添加溶质的效果可以是非常复杂的，由于在不同界面处的偏析速率不同。此外，在大浓度下，当溶质在晶界或三重结附近形成团簇时，这些团簇与基体之间的界面可以引入新的位错发射源，其可以在较低的施加应力下被激活。因此，强度最大值可以在一定的溶质浓度下发生：添加超过该最佳溶质浓度的溶质可以降低材料的强度。
2017-10-25 cond-mat.mtrl-sci
Hydrodynamic phase field crystal approach to interfaces, dislocations, and multi-grain networks
我们推导出一个相场晶体模型，耦合的扩散演化的微观结构与宏观速度场的快速动态，明确占弹性激发的松弛。该模型比以前的配方捕捉更好的动态复杂的界面和位错在单晶以及晶界迁移的多晶体中的远程弹性场是适当放松。该模型的特点是扩散系数，非线性地依赖于当地的相位。它在无序相（类液体）和有序相之间诱导更多的局部界面，例如，条纹或晶格。对于条纹，界面动力学被证明是强烈的各向异性。我们还表明，该模型是能够发展的经典PFC在机械平衡。然而，与以前的方法相比，它不限于单晶配置或来自固定参考晶格的小变形。为了展示这种方法的能力，我们考虑几个例子，从机械平衡的单晶中的位错环的湮灭到包括具有不同取向和晶界的晶域的微观结构的松弛。在混合型位错环（即，非剪切或棱柱），长程弹性效应导致环在湮灭事件之前移出平面。
2022-09-23 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation interactions and crack nucleation in a fatigued near-alpha titanium alloy
研究了近α钛合金Ti-6242 Si低周疲劳裂纹形核处的位错交互作用。合金中的循环塑性应变导致在初级α晶粒中的位错堆积，在初级α和两相区之间的边界处成核。这两个相区提供了一个障碍，初级α晶粒之间的滑移转移。我们认为裂纹形核发生在初生α晶粒的基面附近，是由Tanaka和Mura首先设想的亚表面双端堆积机制引起的。在<a>裂纹形核位置附近观察到基底位错上的超台阶。这两个相区显示出α 3位错在次级α板之间的直接传输，作为α [010]传输通过β韧带，然后在β中分解成（α/2）<111>位错网络。β韧带本身似乎并没有形成一个特别难以穿透的障碍，以滑动，在协议的微柱和晶体塑性研究张等。
2018-06-17 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation loops growth and radiation growth in neutron irradiated Zr-Nb alloys: rate theory modelling
提出了一个研究辐照Zr基合金位错环生长的通用模型。它考虑到温度的影响，效率的环路吸收点缺陷依赖于环路的大小，局部的晶界下沉强度的影响，和合金元素的浓度。该模型用于描述反应堆条件下中子辐照下锆铌合金环半径增长的动力学。在不同的晶粒尺寸，从晶界的位置，和铌的浓度的环半径和应变的增长进行了研究。结果表明，局部晶界下沉的结果在晶粒内部的晶体的不均匀变形。此外，铌作为合金元素的引入减小了环半径，但促进了晶粒内局部应变的增长。
2020-03-04 cond-mat.mtrl-sci
Size effects and dislocation patterning in two-dimensional bending
我们进行原子蒙特卡罗模拟弯曲的Lennard-Jones单晶在两个维度。位错仅在自由表面成核，因为样品内部没有源。当位错达到足够的密度时，它们自发地聚结成核晶界，并且所得的显微结构强烈地依赖于样品的初始晶体取向。在初始屈服，我们发现了一个反向的尺寸效应，其中较大的样品比较小的样品表现出更高的缩放弯矩对于给定的应变和应变速率。这种效应与源限塑性和高应变率相对于位错的流动性，和初始屈服的尺寸效应消失时，我们缩放的数据，以考虑应变率的影响。一旦位错聚结形成晶界，尺寸效应逆转，我们发现，较小的晶体比较大的晶体支持更高的比例弯矩。这一发现与实验结果定性一致。最后，我们观察到一个不稳定的压缩晶体表面，提出了一种新的机制形成的小丘结构。当大角度晶界在吸收额外的位错后变得不稳定并折叠以形成从自由表面突出的新晶粒时，形成小丘。
2006-06-30 cond-mat.mtrl-sci
Decomposition of low-angle grain boundaries
Nanchang University（南昌大学）；Brigham Young University（杨百翰大学）
本文通过原子模拟研究了低角度晶界在特定应力条件下通过位错分离实现的分解过程，并探讨了应变率和温度对分解的影响。
2025-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Misfit-dislocation hierarchy governs sliding of asymmetric non-CSL grain boundaries
Woodruff School of Mechanical Engineering, Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院机械工程学院）；School of Mechanics and Engineering Science, Peking University（北京大学力学与工程科学学院）；Institute of Microstructure and Property of Advanced Materials, Beijing Key Lab of Microstructure and Property of Advanced Materials, Beijing University of Technology（北京工业大学先进材料微结构及性能研究所）
本研究通过原子建模揭示非对称非CSL晶界滑动由初级和次级失配位错层级控制，提出统一晶体学与位错框架，阐明应力驱动滑动的微观机制。
2026-09-29 cond-mat.mtrl-sci
Effects of Grain Boundary Disorder on Yield Strength
最近有报道称，Zr在纳米晶Cu中向晶界（GB）的偏聚可导致无序晶间膜的形成[1，2]。在这项研究中，我们采用原子的计算机模拟来研究如何形成这些薄膜影响位错成核的GB。我们发现晶界结构的完全无序导致位错发射的抑制和屈服应力的显着增加。然而，根据溶质浓度和热处理，也可能发生部分无序，这有助于位错成核而不是抑制它，从而消除强化效应。
2018-02-22 cond-mat.mtrl-sci
A critical assessment of the dislocation-driven model for superplasticity in yttria tetragonal zirconia polycrystals
本文批判性评估了钇稳定四方氧化锆多晶超塑性中阈值应力的两种解释，指出位错活动为制备假象，晶界钇偏析才是唯一机制。
2024-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Grain boundary complexions and the strength of nanocrystalline metals: Dislocation emission and propagation
已经观察到晶界络合物影响纳米晶金属的机械行为，提高强度和延展性。虽然存在改善延展性的解释，但观察到的对强度的影响仍然无法解释。在这项工作中，我们使用原子模拟探索有序和无序的两个变形机制，这是必不可少的纳米晶塑性，即位错发射和传播的影响。Cu-Zr中的有序和无序晶界复合体都具有过剩自由体积的特征，并通过降低临界发射应力来促进位错发射。或者，这些络合物的特征在于强位错钉扎区域，其增加位错传播所需的流动应力。这种钉扎区域是由在晶粒-络合物界面处的凸缘和溶质原子引起的，并且可能取决于络合物状态以及基质和溶质元素之间的原子尺寸失配。在我们的位错传播模拟中观察到的趋势与现有的实验数据一致，表明位错传播是纳米晶Cu-Zr合金塑性背后的限速机制。
2018-03-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
On the three-dimensional spatial correlations of curved dislocation systems
晶体金属中位错运动的粗粒度描述固有地代表了关于位错-位错相互作用的信息的丢失。在目前的工作中，我们考虑一个粗粒度的框架能够重新捕获这些相互作用的位错-位错关联函数。该框架依赖于粗粒化长度来定义滑移系特定的位错密度。在此粗粒化过程的统计定义，我们定义了一个空间关联函数，这将允许位错对的相对位置，从而在短距离的相互作用的强度，被重新捕获到一个平均场描述的位错动力学。通过统计均匀性参数，我们提出了一种方法来评估这个关联函数从离散位错动力学模拟。最后，以同一滑移系位错密度自相关的形式给出了计算结果。这些关联函数被认为是弱依赖于塑性应变（和，反过来，总位错密度），但被认为是强烈依赖于粗晶化长度。这些关联函数方面的连续位错动力学的影响，以及未来的研究方向进行了讨论。
2020-12-17 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Depinning transition of dislocation assemblies: pileup and low-angle grain boundary
我们研究了位错组装中的脱钉相变。特别是，我们考虑的情况下，定期间隔堆积和低角度晶界相互作用与无序的应力景观提供的溶质原子，或由其他不动的位错存在于非活跃的滑移系统。使用线性弹性，我们计算这些组件的小变形所产生的应力以及相应的二维和三维能量成本。与通常近似为具有有效线张力的弹性弦的孤立位错线的情况相反，位错组装体的变形不能用具有恒定张力或刚度的局部弹性相互作用来描述。位错之间的长程相互作用导致非局部弹性核。根据这一结果，我们修正了统计脱钉扎理论，并发现了晶粒生长中齐纳钉扎的新结果。最后，我们讨论了位错组装动力学的标度性质，并将理论结果与数值模拟进行了比较。
2003-12-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
The structure and migration of heavily irradiated grain boundaries and dislocations in Ni in the athermal limit
利用CRA原子模拟研究FCC Ni中非热高剂量辐照下位错与晶界的稳态缺陷结构、演化及剪切力学响应，揭示硬化/软化与结构迁移规律。
2024-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Prismatic Edge Dislocations in Graphite
位错是材料科学中的一个核心概念，它决定了材料的塑性形变和损伤演化。层状材料如石墨允许两种一般类型的层间位错：基底位错和棱柱位错，其中棱柱位错的研究相对较少。使用密度泛函理论（DFT）计算，我们研究了不同的棱柱形核心结构的石墨和评估其结构，能量和流动性。我们发现密切的精力充沛的相互作用之间的结合和“独立”的核心结构在Z字形和扶手椅方向，重建稳定Z字形核心确定。我们探讨晶界和棱柱形位错堆积，确定亚稳结构，这可能是重要的能量存储。同时，对层间堆积在芯结构、位错滑移和攀移中的作用也作了深入的探讨。我们的计算表明，棱柱形位错核心是稳定的高温约1500 K的块状石墨。在此温度以上，位错核心中的键的断裂可以促进爬升、晶界运动以及通过棱柱形位错滑移的损伤退火。
2021-10-22 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
Polycrystal plasticity with grain boundary evolution: A numerically efficient dislocation-based diffuse-interface model
晶粒结构对合金材料的力学性能起着关键作用。设计晶粒结构需要全面了解材料在各种制造过程中晶界（GB）的演变。为此，我们提出了一个计算效率高的框架来描述体塑性和GBs的共同演变。我们把GB表示为扩散的几何必要位错，其演化描述了GB塑性。在此表示下，统一使用塑性形变梯度的演化方程，经典晶体塑性理论的核心方程来描述GBs和体塑性的演化。为了减少自由度的数量，我们提出了一个程序，它结合成一组控制方程的塑性形变梯度的每个滑移率的控制方程。最后，我们概述了一种方法来引入一个合成的潜力，以推动迁移的平面GB。三个数值例子来证明该模型。首先，缩放测试被用来证明我们的框架的计算效率。其次，我们研究了通过将圆形颗粒嵌入双晶体形成的三晶体的演化，并证明了我们模型的预测与Trautt和Mishin（2014）的分子动力学模拟之间的定性一致性。最后，我们通过模拟施加位移下的合成多晶的演化，展示了施加载荷在织构演化中的作用。
2021-10-24 cond-mat.mtrl-sci
Triple Junctions as Dislocation-Like Defects: The Role of Grain Boundary Crystallography Revealed by Experiment and Atomistic Simulation
Max Planck Institute for Sustainable Materials（马克斯·普朗克可持续材料研究所）
研究通过实验和原子模拟揭示三交界作为位错类缺陷的性质，分析其位错特性与晶界微观自由度的关系，发现三交界线能遵循体位错规律，但实验观测的三交界并非能量最小者，暗示其转变动力学可能较慢。
2026-02-04 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
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
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
