Stress concentration in periodically rough hertzian contact: Hertz to soft-flat-punch transition
我们报告的弹性接触之间的球面透镜和图案化的基板，由一个六角形晶格的圆柱形支柱。通过数值方法（离散格林函数叠加法和迭代对分法）得到了应力场和接触区的大小。对于小的压痕，从赫兹到Boussinesq-Cerruti-like行为的过渡被观察到时，由支柱覆盖的基板的表面分数增加。特别是，我们提出了一个主曲线定义的两个无量纲参数，它允许预测的应力在接触区域的中心的支柱所占据的表面分数。极限接触制度之间的过渡，赫兹和Boussinesq-Cerruti的，很好地描述了一个合理的功能。此外，一个简单的模型来描述之间的Boussines-Cerruti接触的镜头和一个单一的弹性支柱，它考虑到支柱的几何形状和两个机构的弹性性能，提出。
2016-07-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Multi-material topology optimization of adhesive backing layers via J-integral and strain energy minimizations
针对多材料胶粘背层的应力集中问题，提出联合最小化J积分与应变能的拓扑优化方法，获得与裂纹尺寸无关、可消除裂尖奇异性的容错刚度布局。
2023-06-23 cond-mat.mtrl-sci
Morphology and mechanical properties of nanocrystalline Cu/Ag alloy
采用Monte Carlo（MC）/分子动力学（MD）混合模拟方法研究了不同Ag含量的纳米Cu/Ag合金的微观结构。当Ag浓度低于50个Ag原子/nm时，Ag浓度的增加导致单层晶界（GB）络合物逐渐生长成纳米层络合物。高于50个Ag原子/nm的浓度，观察到具有体晶相的润湿层。采用分子动力学模拟方法研究了Ag对纳米Cu/Ag合金的力学性能和变形机制的影响。GB的滑动阻力被发现，首先增加，然后减少与Ag浓度的增加。令人惊讶的是，我们还发现，位错密度单调降低，在银浓度的增加，这表明，晶粒内部软化的银掺杂剂在GB的引入。此外，存在一个临界Ag浓度，使纳米Cu/Ag合金的流动应力最大化。当晶粒直径从5 nm增加到40 nm时，流变应力、晶界滑动阻力和晶内位错密度对Ag掺杂的敏感性降低。
2017-01-11 cond-mat.mtrl-sci
Direct prediction of the solute softening-to-hardening transition in W-Re alloys using stochastic simulations of screw dislocation motion
位错和溶质原子之间的相互作用是金属塑性中几个重要过程的基础。在体心立方（bcc）金属和合金中，低温塑性流动由螺旋位错滑移控制，已知螺旋位错滑移通过两个连续\emph{Peierls}谷的扭结对的成核和侧向弛豫而发生。在合金中，位错和溶质通过长程应力场耦合和短程非弹性相互作用影响彼此的动力学。已知在某些替代体心立方合金中，在临界浓度下观察到从溶质软化到溶质硬化的转变。本文建立了替代式W-Re合金中螺型位错滑动和溶质扩散的动力学蒙特卡罗模型。我们发现，位错动力学是由两个竞争机制。在低溶质浓度下，成核增强的Peierls应力的软化，克服了弹性排斥的Re原子扭结。这种趋势在较高浓度下逆转，导致浓度和温度相关的流动应力最小。这个最小值标志着从溶质软化到硬化的过渡，这被认为是在合理的协议与实验。
2017-11-07 cond-mat.mtrl-sci
Predicting Stress in Two-phase Random Materials and Super-Resolution Method for Stress Images by Embedding Physical Information
本文提出了一种用于双相随机材料应力预测的框架，结合多组成U-Net和混合物理信息神经网络，提升应力图像的超分辨率能力，并通过迁移学习分析不同相体积分数和加载状态下的应力集中区域。
2025-04-26 cond-mat.mtrl-sci cs.AI cs.LG
A finite element analysis model to predict and optimize the mechanical behaviour of bioprinted scaffolds
生物打印是一种能够根据患者特定的几何形状和组成来创建异质组织构建体的生物制造技术。根据特定组织应用的要求优化生物墨水是确保生物打印技术临床转化的关键工作。最值得注意的是，需要最佳的水凝胶聚合物浓度来确保生物打印的构建体具有足够的机械性能，而不会对细胞产生显著的剪切应力。然而，实验迭代对于优化生物墨水性质通常是乏味的。在这项工作中，已经采用有限元建模方法来确定不同生物墨水参数（如组成、浓度）对生物打印过程中细胞所经历的应力范围的影响。还模拟了结构不同部位细胞的应力分布。发现生物墨水的化学组成和化学计量浓度都可以基本上改变细胞所经历的应力效应。类似地，与远离孔的细胞区域周围产生的Von-Mises应力相比，发现孔区域附近的软细胞的集中区域使应力集中增加几乎三倍。该研究概述了有限元模型在生物墨水快速发展中的重要性。
2021-03-09 cond-mat.mtrl-sci physics.bio-ph
A molecular dynamics investigation of the dependence of mechanical properties of steel nanowires on C concentration
本研究通过分子动力学模拟和单轴拉伸试验，揭示了碳浓度（0-10%）和温度（0.1-900 K）对钢纳米线力学性能的影响，发现碳含量增加会降低屈服强度和UTS，并促进滑移面形成。
2025-07-14 cond-mat.mtrl-sci
Quantifying the effect of hydrogen on dislocation dynamics: A three-dimensional discrete dislocation dynamics framework
我们提出了一个新的框架来量化氢对位错的影响，使用大规模的三维（3D）离散位错动力学（DDD）模拟。在这个模型中，一阶弹性相互作用能与氢引起的体积变化占。氢浓度引起的三维应力张量，这是在相对于位错应力场的平衡，推导出使用Eshelby夹杂物模型，而氢扩散被视为一个连续过程。这个新开发的框架是用来量化的效果不同的氢浓度的动态的滑移位错在没有施加的应力场，以及在一个阵列中的平行刃位错的位错之间的间距。对于具有大的氢扩散系数的材料观察到屏蔽效应，屏蔽效应导致收缩过程的均匀化，导致滑移环保持其圆形形状，以及导致平行刃位错阵列中的位错分离距离减小。另一方面，对于具有小氢扩散系数的材料，位错边缘特征周围的高氢浓度起到钉扎位错的作用。需要更高的应力才能将位错从周围的氢云中解脱出来。最后，这个新的框架可以打开大门，进一步大规模的研究氢对金属中位错介导的塑性的不同方面的影响。通过对现有公式的微小修改，该框架也可以扩展到离散位错动力学模拟中的一般夹杂诱导应力场。
2017-12-23 cond-mat.mtrl-sci
Non-destructive Depth-Resolved Characterization of Residual Strain Fields in High Electron Mobility Transistors using Differential Aperture X-ray Microscopy
微电子器件中的局部残余应力和弹性应变集中经常影响电子性能、对热机械损伤的抵抗力以及可能的辐射耐受性。表征这些浓度的主要挑战是它们存在于亚$μ$ m的长度尺度上，排除了通过更传统的残余应力测量技术对其进行表征。在这里，我们证明了使用同步加速器X射线为基础的差分孔径X射线显微镜（DAXM）作为一个可行的，非破坏性的手段来表征这些应力和应变集中的深度分辨的方式。DAXM用于以亚$μ$ m空间分辨率映射高电子迁移率晶体管（HEMT）内氮化镓（GAN）层中的源极和漏极之间的二维应变场。应变场在不同的位置在原始的和辐照的HEMT试样，除了初步的应力分析，以估计GAN层内的各种应力分量的分布。发现$γ$ -辐照显著减小了GAN中沿样品法线方向的晶格面间距，这归因于辐照期间接合到GAN的晶体管组件中的辐射损伤。
2022-08-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Global Stress Generation and Spatiotemporal Super-Resolution Physics-Informed Operator under Dynamic Loading for Two-Phase Random Materials
School of Civil Engineering, Tongji University（同济大学土木工程学院）；The State Key Laboratory on Disaster Reduction in Civil Engineering, Tongji University（同济大学土木工程防灾国家重点实验室）
本文针对动态载荷下两相随机材料应力场时空分辨率不足的问题，提出结合STS-diffusion生成模型与ST-SRPINN物理信息无监督超分辨率算子的框架，实现全局应力生成及任意倍数的时空超分辨率重建。
2025-04-26 cond-mat.mtrl-sci cs.AI cs.LG
Microstructure and Stress Mapping in 3D at Industrially Relevant Degrees of Plastic Deformation
本文利用X射线三维成像技术对变形至极限抗拉强度的铝多晶进行应力成像，揭示了晶粒内应力变化可达晶粒间变化一半，为结构-性能关系和损伤模型提供了关键数据。
2024-05-21 cond-mat.mtrl-sci
Surface parameters of ferritic iron-rich Fe-Cr alloy
采用第一性原理密度泛函理论，在Muffin-tin轨道方法和相干势近似下，研究了均匀无序体心立方铁铬体系在浓度范围内（20 at.%）的最稳定表面小面（100）的表面能和表面应力CR.对于Fe和Cr的低折射率面，Cr的表面能略大于Fe的表面能，而Cr的表面应力显著小于Fe的表面应力。我们发现，添加到Fe中的Cr通常会增加Fe-Cr合金的表面能，然而，增加Cr的体积量也会增加表面应力。由于这种意想不到的趋势，Fe-Cr的（100）表面随着Cr浓度的增加而变得更稳定，以抵抗重构。我们表明，所观察到的趋势是磁起源。除了均匀合金的情况下，我们还研究了表面偏析的影响，这两个表面参数。
2013-06-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Effect of oxidation on the Mechanical Properties of Liquid Gallium and Eutectic Gallium-Indium
液态金属表现出显著的机械性能，特别是大的表面张力和低粘度。然而，当暴露于空气时，这些性能受到氧化的极大影响。我们测量的粘度，表面张力，和接触角的镓（Ga）和共晶镓-铟合金（eGaIn），同时控制这种氧化周围的金属与浓度可变的酸浴。流变测量揭示了直接归因于氧化皮的屈服应力，该氧化皮掩盖了液态金属的固有行为。我们演示了如何通过缩放技术，崩溃低和高雷诺数数据的特性粘度可以获得精度。测量表面张力与悬滴法，我们表明，氧化物皮肤产生的表面应力，模仿表面张力，并开发一个简单的模型，将此与流变仪获得的屈服应力。我们发现，屈服应力，表面张力，和接触角都从固体状过渡到液体行为在相同的临界酸浓度，从而定量地证实，这些液体金属的润湿性是由于氧化皮。
2012-01-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.flu-dyn
Simulation of Metal/Oxide Interface Mobility: Effects of Mechanical Stresses on Geometrical Singularities
在过去的十年中，机械应力对化学扩散以及腐蚀的反馈越来越重要。许多工作指出应力对材料老化的积极作用，特别是对它们的负面影响，导致结构的破坏。基于理论研究，并使用数值工具和实验结果，我们以前的工作[1]，应力/扩散耦合，突出了应力场对扩散过程的强烈影响。本论文的目的是描述一些特定的金属/氧化物界面上的扩散和氧化过程的影响形态。氧化被假定为驱动的质量守恒定律（斯特凡定律），而在金属中的氧的扩散系数是局部的应力场的影响。研究了简单扩散和应力扩散耦合两种情况下波浪形界面的稳定性。在这个目的中，我们已经开发了一个原始的数值模型，使用一个虚拟的金属/氧化物界面的单材料与氧浓度相关的参数，它允许操作容易与任何形状的接口，并使用简单的有限元网格。此外，为了以更明显的方式强调机械应力对扩散过程的影响，研究了特定的几何形状。
2013-01-09 cond-mat.mtrl-sci physics.class-ph
A phase field model for elastic-gradient-plastic solids undergoing hydrogen embrittlement
我们提出了一个基于梯度的理论框架来预测弹塑性固体中的氢辅助断裂。该模型的新颖之处在于：（i）溶质物种的应力辅助扩散，（ii）应变梯度塑性，和（iii）氢敏感相场断裂配方的组合，灵感来自第一性原理计算。理论模型的数值实现使用混合有限元制剂和几个边界值问题得到解决，以获得物理洞察力和展示模型预测。结果揭示了塑性应变梯度的关键作用，在合理化decohesion为基础的参数，并捕捉到在富氢环境中观察到的脆性断裂的过渡。大裂纹尖端应力的预测，这反过来又提高了氢浓度，降低了断裂能。作为内聚强度的函数的稳态断裂韧性的计算表明，解理断裂可以预测在其他韧性金属使用敏感的值的材料参数和氢浓度。此外，我们计算裂纹扩展阻力曲线在各种各样的情况下，并证明该模型可以适当地捕捉的敏感性：塑性长度尺度，断裂长度尺度，加载速率和氢浓度。模型预测也进行了比较与现代超高强度钢，AerMet 100断裂实验。一个有前途的协议，观察与实验测量的阈值应力强度因子$K_{th}$在很宽的范围内施加的电位。
2020-07-14 cond-mat.mtrl-sci cs.CE cs.NA
