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
A Three-Dimensional Continuum Simulation Method for Grain Boundary Motion Incorporating Dislocation Structure
我们开发了一个连续体模型的动态晶界在三维空间中，结合了运动和反应的成分位错。连续介质模型是基于一个简单的表示的弯曲位错的晶界上的密度。不适，由于非凸的总能量是固定的数值处理的基础上的投影方法，保持组成位错的连接。一个有效的模拟方法的开发，其中的关键，但计算昂贵的远程相互作用的位错被替换为另一个投影配方，保持约束的平衡的位错结构所描述的弗兰克公式。这种连续介质模型能够描述由于耦合和滑动效应引起的晶界运动和晶粒旋转，而经典的平均曲率模型不适用于此。与原子模拟结果的比较表明，我们的连续介质模型能够很好地预测小角度晶界及其位错结构的演变。
2021-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Motion of grain boundaries incorporating dislocation structure
本文基于晶界位错的运动，提出了一个二维小角度晶界动力学的连续介质模型。连续体模型由用于晶界运动的方程（即，组分位错在晶界法线方向上的运动）和晶界上位错结构演化的方程。该模型是从离散位错动力学模型推导出来的。连续介质模型考虑了位错间的长程弹性相互作用，保证了晶界位错结构与Frank公式的一致性。这些晶界及其位错结构的演化能够描述晶界的法向运动和切向平移以及由于耦合和滑动引起的晶粒旋转。由于连续介质模型是基于位错结构，因此它自然地解释了在晶界的运动和旋转过程中，通过组分位错的运动和反应而引起的晶界形状变化。利用推导出的连续晶界动力学模型，对圆形和非圆形二维晶界的动力学行为进行了模拟，并通过离散位错动力学模拟验证了模拟结果。
2018-05-08 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
Continuum Model and Numerical Method for Dislocation Structure and Energy of Grain Boundaries
我们提出了一个连续模型来确定三维小角度晶界的位错结构和能量。平衡位错结构是通过最小化晶界能量得到的，该晶界能量与受弗兰克公式约束的组分位错相关联。位错密度势函数可以方便地描述位错线在晶界上的连续分布，位错线在晶界上的轮廓线代表位错。晶界的能量是由离散位错动力学模型导出的组分位错的总能量，包括位错线能量和位错的反应。用增广拉格朗日方法和投影方法求解了约束能量最小化问题。与原子模拟结果的比较表明，我们的连续体模型是能够给平面和弯曲的小角度晶界的能量和位错密度的出色的预测。
2021-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Non-uniform plastic deformations of crystals undergoing anti-plane constrained shear
本文研究晶体在反平面约束剪切作用下的非均匀塑性形变。用平均法求出了含有中等密度过剩位错的晶体的渐近精确能量密度。该能量密度被外推到极小或极大位错密度的情况。通过引入位错组态温度和位错密度，发展了非均匀塑性形变的热力学位错理论，并用于预测应力-应变曲线和位错密度。
2018-01-13 cond-mat.mtrl-sci
Collective formation of misfit dislocations at the critical thickness for equilibrium nanowire heterostructures
本文通过有限元模拟研究纳米线异质结构中失配位错网络的集体形成，揭示临界厚度处应变能最小构型从完全弹性应变到部分弛豫的突变及其特征失配密度。
2023-08-08 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
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
Automated Burgers Vector Identification for Individual Dislocations in Bulk Crystals
European Synchrotron Radiation Facility（欧洲同步辐射装置）；Univ. Grenoble Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；Department of Physics, Technical University of Denmark（丹麦技术大学物理系）；Department of Mechanical Engineering, Technical University of Denmark（丹麦技术大学机械工程系）
本文提出一种纳入晶体学约束的物理信息卷积神经网络，可从弱束积分摇摆曲线图像中自动识别体块晶体单个位错的伯格斯矢量，合成测试准确率达93%，实验交叉滑移案例中72.7%分层预测匹配参考伯格斯矢量。
2026-08-18 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
A unified variational model for grain boundary dynamics incorporating microscopic structure
本文提出统一变分框架，基于动态Frank-Bilby方程约束，统一描述小角度和大角度晶界中线缺陷机制驱动的晶界运动与晶粒旋转，可恢复已有模型并便于大尺度模拟和数值分析。
2024-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Active Learning of A Crystal Plasticity Flow Rule From Discrete Dislocation Dynamics Simulations
Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；University of Miami（迈阿密大学）；Clemson University（克莱姆森大学）
本研究提出了一种基于高斯过程模型的主动学习方法，通过离散位错动力学模拟自动优化晶体塑性流规则的参数空间，提升模型预测精度和效率。
2026-01-03 cond-mat.mtrl-sci
Defect filtering for thermal expansion induced dislocations in III-V lasers on silicon
用于硅光子学的外延集成III-V族半导体激光器具有显著改变信息网络的潜力，但目前，位错限制了性能和可靠性，即使在基于缺陷容限InAs量子点（QD）的激光器中也是如此。尽管低于临界厚度，但这些器件中的QD层包含先前无法解释的失配位错，这有助于非辐射复合。我们在这里证明，这些失配位错形成在生长后冷却期间，由于（1）III-V层和硅之间的热膨胀失配和（2）在有源区中的沉淀和合金硬化的综合影响。通过结合一个额外的亚临界厚度，铟合金失配位错捕获层，我们利用这些机械硬化效应，我们的优势，成功地取代95%的失配位错从模型结构中的QD层。与传统的位错缓解策略不同，捕获层既不减少穿透位错的数量，也不减少失配位错的数量。它只是将失配位错的位置从QD层移开，减少了缺陷对发光的影响。在全激光器中，在QD有源区的上方和下方添加失配位错捕获层可以置换失配位错并大幅提高性能：我们测量到激光阈值电流降低了两倍，输出功率增加了三倍以上。我们的研究结果表明，采用传统的穿线位错减少技术和优化的失配位错捕获层的设备可能最终导致完全集成，商业上可行的硅基光子集成电路。
2020-08-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
HERB: a unified framework for the evaluation of Hydrogen Embrittlement mechanisms driven by the Rice-Beltz concept
School of Mechanical Engineering, Jiangnan University（江南大学机械工程学院）
HERB框架基于Rice-Beltz概念统一了氢脆机制，通过建模氢传输和位错密度揭示了氢敏感空洞动力学的多尺度相互作用。
2026-03-03 cond-mat.mtrl-sci math-ph math.MP
Homogenisation of a Row of Dislocation Dipoles from Discrete Dislocation Dynamics
传统的离散-连续方法在描述晶体材料中广泛观察到的位错多极构型的集体行为方面存在局限性。原因是位错偶极子，这在确定晶体的机械性能中起着重要的作用，往往得到涂抹时，传统的均匀化方法。为了解决这样的困难，集体行为的一排位错偶极子研究使用匹配渐近技术。通过引入位错对密度势和位错对宽度两个场变量，实现了从离散到连续的转变。发现位错对宽度的变化比位错对密度的变化快得多。这种层次的演化时间尺度使我们能够描述的位错动力学在粗晶粒的水平上的缓慢变化的变量（对密度）耦合的平衡方程的快速变化的变量（对宽度）的演化方程。这里采用的时间尺度分离方法铺平了道路，适当地将偶极状（零净伯格斯矢量，但非零）位错结构，称为统计存储位错（SSD）到晶体塑性的宏观模型在三维空间。此外，这里发现的不同平衡模式之间的自然过渡也可能有助于理解循环载荷引起的疲劳金属中持续滑移带（PSB）的出现。
2016-01-22 cond-mat.mtrl-sci math-ph math.MP
Equivalent Plastic Strain Gradient Plasticity with Grain Boundary Hardening and Comparison to Discrete Dislocation Dynamics
Wulfinghoff等人[53]的梯度晶体塑性框架包含等效塑性应变和晶界屈服，并通过额外的晶界硬化进行扩展。通过与铝型三晶在拉伸载荷下的许多离散位错动力学（DDD）模拟的平均结果的比较，校准了连续介质模型中的新硬化参数。结果表明，虽然在离散模拟晶界（GB）是不可穿透的，无限GB屈服强度对应于微硬GB条件，是不适用于连续介质模型。一个有限的GB屈服强度与各向同性的体积Voce硬化关系的组合也未能模拟DDD获得的塑性应变分布。相反，一个有限的GB屈服强度结合GB硬化取决于在GB的等效塑性应变示出给DDD结果更好的协议。DDD模拟中使用不同取向的中心晶粒获得的塑性应变分布的差异不能被捕获，这表明在连续介质模型中应包括位错到达GBs的取向差相关的弹性相互作用。
2015-12-17 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Influence of dislocations in multilayer graphene stacks: A phase field crystal study
本文采用纳入面外变形并经密度泛函理论参数化的PFC模型，研究最多六层石墨烯中5|7位错对应变、层变形、缺陷自由能和应力分布的影响。
2024-09-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Impact of chemical short-range order on radiation damage in Fe-Ni-Cr alloys
本研究通过分子动力学模拟揭示化学短程有序（CSRO）对Fe-Ni-Cr合金缺陷特性和辐照行为的影响，发现高CSRO通过俘获效应降低缺陷扩散率并改变间隙原子团簇分布，强调在辐照微观结构演化研究中需纳入CSRO效应。
2023-01-23 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
