Multiscale nanoindentation modeling of concentrated solid solutions: A continuum plasticity model
针对具有优异性能的单相高浓度固溶体合金（CSAs），首次提出基于单一参数α捕捉晶格畸变无序性的连续塑性模型，经分子动力学模拟验证后用于不同晶体取向纳米压痕建模，揭示其独特塑性机制。
2025-02-18 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Atomistic-Level Analysis of Nanoindentation-Induced Plasticity in Arc--Melted NiFeCrCo Alloys: The role of stacking faults
本研究针对浓固溶体合金工业应用的制备瓶颈，以电弧熔炼NiFeCrCo合金为对象，从原子尺度探究纳米压痕下的塑性变形机制，结合层错四面体等分析揭示结构与力学行为的关联，为合金应用提供理论支撑。
2024-01-29 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Discrete Dislocation Dynamics Simulations of Nanoindentation with Pre-stress: Hardness and Statistics of Abrupt Plastic Events
在机械加载过程中，晶体塑性屈服面可以从不同的方向逼近。我们认为纳米压痕和拉伸载荷之间的竞争对塑性屈服。为此，我们开发了一个二维离散位错模型，然后利用该模型来研究在拉伸预应力下单晶纳米压痕过程中的硬度和弹出事件统计。压痕是通过使用圆柱形（2D中的圆形）压痕与不同的半径和位移和载荷控制下进行。拉伸面内应力，从零到屈服强度变化，被分配到调查的硬度和弹出统计预应力的效果。在小的压痕深度，测得的硬度被发现是较小的较大的拉伸预应力，因此，我们得出结论，纳米压痕可用于检测塑性。当压痕深度较大时，预应力的影响很小。此外，我们讨论了事件统计和预应力的相关影响。
2017-07-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Resolving room temperature microscale fracture and plasticity of iron oxides along the cascade of iron ore reduction via nanoindentation and microcantilever bending
Max Planck Institute for Sustainable Materials（马克斯·普朗克可持续材料研究所）
本研究利用纳米压痕和微悬臂梁断裂测试，表征了赤铁矿、磁铁矿和方铁矿在室温下的塑性及断裂行为，获得了硬度、弹性模量和断裂韧性等力学性能，为氢基直接还原过程中的断裂和磨损预测提供了材料模型参数。
2026-06-04 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic Studies of Defect Nucleation during Nanoindentation of Au (001)
利用原子动力学方法研究了金晶体纳米压痕过程中缺陷的形成和演化。本文的理论研究结果是对实验研究的补充[J. D. Kiely和J.E. Houston，Phys. Rev. B，v57，12588（1998）]非常好。这些缺陷是由一个三步机制产生的，包括形核、滑移和Shockley分波在与压痕表面不共面的{111}滑移面上的反应。我们已经观察到，滑移是在沿其分解的剪切应力已达到约2 GPa的临界值的方向。第一次屈服发生在所有参与缺陷形成的{111}面上的剪应力达到该临界值时。应变硬化的现象是由于观察到的无座楼梯杆的拉链的部分。第二次屈服时产生的位错锁导致回缩后的永久变形。
2002-01-23 cond-mat.mtrl-sci
Characterisation of slip and twin activity using digital image correlation and crystal plasticity finite element simulation: Application to orthorhombic $α$-uranium
校准和验证晶体塑性材料模型是一项重大挑战，特别是对于具有许多潜在滑移和孪晶系统的材料。在这里，我们使用数字图像相关的粗晶粒$α$ -铀在拉伸试验与晶体塑性有限元模拟。这种方法使我们能够确定的临界解析剪切应力，和硬化率的不同的滑移和孪生系统。本构模型是基于位错密度作为状态变量和模拟的几何构造从电子背散射衍射图像，提供形状，尺寸和晶粒的取向，允许虚拟和真实的实验之间的直接比较。一个优化算法是用来找到的模型参数，再现每个晶粒的平均应变的演变，随着负载的增加。一个拉伸杆，包含四个晶粒对齐的负载方向，被用来校准模型与8个未知参数。然后，通过模拟第二个拉伸杆中的应变分布，独立验证该方法。不同的机制的双系统的硬化进行了评估。最活跃的孪晶系统的潜在硬化是由共面孪晶和滑移决定的。最活跃的滑移系的硬化速率低于细粒$α$ -铀。该方法可用于其它粗晶材料的临界分辨剪应力和硬化参数的识别。
2020-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Deformation Behaviour of Ion-Irradiated FeCr: A Nanoindentation Study
了解结构钢的塑性机制对于下一代聚变反应堆的运行至关重要。元素组成，特别是存在的Cr的量，和辐照可以对铁素体/马氏体钢的机械性能具有单独和协同作用。离子辐照FeCr合金的研究有助于从机理上理解钢的辐照损伤。之前对离子辐照FeCr的研究并未明确区分引发塑性的位错成核与随着塑性的发展它们在材料中的传播。在这项研究中，Fe 3 Cr，Fe 5 Cr，和Fe 10 Cr与20 MeV的Fe $^{3+}$离子在室温下照射到标称剂量为0.01 dpa和0.1 dpa。纳米压痕进行了与Berkovich和球形压头的提示，以研究位错的成核和随后的传播。辐照诱导缺陷的存在降低了位错形核的理论剪应力和势垒。Cr的存在进一步增强了这种效果，由于增加保留的辐照缺陷。然而，与来自预先存在的源（例如Frank-Read源和晶界）的位错成核相比，这种组合效应仍然很小。FeCr的屈服强度随辐照损伤和Cr含量的增加而增加，是位错活动性的一个指标。由于Cr的存在而增加的辐照缺陷的保留也进一步增加了屈服强度。辐照后还观察到加工硬化能力降低。Cr和辐照损伤的协同效应对FeCr中位错的传播比其形核更重要。
2021-07-19 cond-mat.mtrl-sci
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
Simulation of dislocation slip and twin propagation in Mg through coupling crystal plasticity and phase field models
提出了一种模拟镁合金塑性形变的数值方法，包括位错滑移和孪晶扩展。位错滑移包括通过晶体塑性模型，该模型使用有限元法求解，而孪晶传播是考虑通过相场模型，该模型使用快速傅立叶变换算法求解。采用相同的时间步长，采用不同的离散方法求解晶体塑性和相场耦合方程。采用该方法对镁微柱沿$[10\bar{1}0]$方向的压缩变形进行了数值模拟。该模型预测的应力-应变曲线以及主要变形机制与文献中的实验数据一致，并证明了在镁合金塑性形变模拟过程中明确考虑孪晶扩展的策略的可行性。最后，一个多晶体中的滑移/孪晶相互作用的例子进行了模拟，以显示该模型的能力。
2023-02-27 cond-mat.mtrl-sci
Review on Slip Transmission Criteria in Experiments and Crystal Plasticity Models
对金属晶界滑移传递准则的文献进行了全面的综述，重点介绍了滑移系和晶界取向。这些广泛的文献中有许多是由实验研究提供的。本文讨论了几何准则在连续晶体塑性模型中的应用。回顾Gurtin（2008，J.Mech.Phys.Solids 56，p.640）的理论框架用于单滑移情况。这突出了连接到滑差传输标准从文献中没有讨论的工作本身。不同的几何标准进行比较，为单滑移的情况下，就其预测的滑移传输。额外的标准，在实验中研究和计算模拟中使用的观点，给出。
2015-11-19 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Dislocation Slip or Phase Transformation Lead to Room-Temperature Plasticity in Diamond: Comment on Plastic Deformation of Single-Crystal Diamond Nanopillars
尽管几十年来对金刚石的机械性能进行了广泛的研究，但由于室温下的变形能力差，因此在塑性形变机制方面仍有许多问题需要了解。在新材料最近的一项工作中，<001>基于扫描电子显微镜内未恢复变形的观察，声称室温塑性发生在取向的单晶金刚石纳米柱中。通过分子动力学模拟，提出塑性形变是由从sp3碳相到O 8-碳相的相变介导的。通过比较，我们的原位透射电子显微镜研究表明，室温下的塑性可以通过位错滑移在两个<100>和<111>取向的金刚石纳米柱。脆性到韧性的转变高度依赖于应力状态。我们注意到，表面结构可能在变形机制中起着重要的作用，因为纳米级金刚石的初始塑性总是发生在表面区域。
2020-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Slip intermittency and dwell fatigue in titanium alloys: a discrete dislocation plasticity analysis
本文利用离散位错塑性模型研究钛合金Ti-7Al-O的滑移间歇性与应力振荡，揭示其源于热激活位错逃逸，并发现间隙氧可抑制该现象，为驻留疲劳下喷气发动机钛合金的设计与安全评估提供依据。
2023-07-11 cond-mat.mtrl-sci
Decoupling Strain-Rate Sensitivity and Deformation Length Scale Effects in Neutron-Irradiated Tungsten: A Coupled Nano-Indentation, HR-EBSD and Crystal Plasticity Study
Indian Institute of Science（印度科学学院）；University of Oxford（牛津大学）；UK Atomic Energy Authority（英国原子能管理局）
研究中子辐照钨中应变速率敏感性和变形长度尺度效应的耦合，采用球形纳米压痕等方法及CPFE建模，校准并验证模型，发现应变速率和压痕深度分别控制不同方面，该框架可用于相关材料本构建模。
2026-11-06 cond-mat.mtrl-sci
Slip avalanches in crystal plasticity: scaling of the avalanche cutoff
晶体的塑性形变是通过一系列无标度（幂律）尺寸分布的间歇性滑移雪崩进行的。然而，在宏观尺度上，塑性流动是光滑和均匀的。在这封信中，我们使用最近提出的连续模型的滑动雪崩，系统地研究截断的性质，截断无标度行为在大雪崩的大小。的依赖性的截止系统的尺寸，几何形状和驱动模式，但也对内部参数，如应变硬化率的建立。雪崩行为在微观和宏观样品的可观测性的影响进行了讨论。
2007-04-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Cold Creep of Titanium: Analysis of stress relaxation using synchrotron diffraction and crystal plasticity simulations
存在一个长期存在的技术问题，其中在室温下在Ti中循环加载期间的应力驻留导致显著的疲劳寿命降低。据认为，局部时间依赖性的塑性在软晶粒取向容易塑性滑移导致甩负荷和增加应力在相邻的硬晶粒取向不良容易滑移。量化这个时间相关的塑性过程是成功预测复杂的冷驻留疲劳问题的关键。这项工作使用了一种新的方法，在原位同步辐射X射线衍射在应力松弛试验，量化的时间依赖塑性。从多个晶格家庭（21衍射环）的测量晶格应变进行了比较，从晶体塑性有限元（CPFE）模拟模拟晶格应变。棱柱滑移参数被发现表现出更强的应变速率敏感性相比，基底滑移，这有显着的影响，在冷蠕变过程中的应力重分布到硬晶粒取向。
2020-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Plate-like precipitate effects on plasticity of Al-Cu micro-pillar: {100}-interfacial slip
本文研究了$θ^\prime$ -Al $_2$ Cu片状析出物对Al-Cu微柱塑性的影响，试样尺寸允许析出物穿过整个微柱。首次在室温下发现了铝及铝合金中的{100}滑移痕迹。我们研究了这种不寻常的{100}滑移的基本机制，并表明它沿着共格的$θ^\prime$ -Al $_2$ Cu沉淀/ $α$ -Al基体界面起作用。结合分子动力学模拟和应力分析表明，螺位错可以从{111}面交叉滑移到{100} $θ^\prime$ -Al $_2$ Cu/ $α$ -Al界面上，然后通过扭结对机制在其上运动，为观察到的{100}滑移提供了合理的解释。在Peierls-Nabarro框架下研究了$θ^\prime$ -Al $_2$ Cu/ $α$ -Al基体界面对界面位错性质的影响，结果表明界面能稳定{100}螺位错，使位错芯扩展，提高Peierls应力。这些结果加深了我们对Al-Cu微柱在室温下力学行为的理解，并暗示了在高温下界面滑移在Al-Cu基合金中的增强作用，考虑到潜在的扭结对机制。
2019-07-26 cond-mat.mtrl-sci
Plastic deformation mechanisms during nanoindentation of W, Mo, V body-centered cubic single crystals and their corresponding W-Mo, W-V equiatomic random solid solutions
本研究通过分子动力学模拟对比纯W、Mo、V体心立方单晶及W-Mo、W-V等原子比随机固溶体的纳米压痕塑性机制，发现W-V固溶体塑性区显著受抑，为多组元合金力学性能设计提供新路径。
2023-08-23 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Fluctuation phenomena in crystal plasticity - a continuum model
在微观和介观尺度上，晶体的塑性流动表现为大的内禀涨落。晶体学滑移变形发生在一系列间歇性爆发（“滑移雪崩”）与幂律尺寸分布。在空间域中，这些雪崩产生特征变形模式的形式表现出长期的空间相关性的滑移线和滑移带。我们提出了一个通用的连续介质模型，该模型考虑了局部应力-应变关系的随机性以及由此产生的塑性应变不均匀性引起的长期内应力。模型参数与晶格位错的局部动力学和相互作用有关。该模型解释了实验观察滑雪崩以及相关的滑移和表面图案形态。
2005-05-24 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Plasticity of the Nb-rich μ-Co7Nb6 phase at room temperature and 600 °C
μ相是高温合金中常见的析出相，其存在的成分和温度范围很广。为此，我们通过微柱压缩试验和透射电镜研究了成分和温度对其塑性的影响。μ-Co 7 Nb 6相的微柱在室温和600 ℃下均发生塑性变形，发生基底滑移。在室温下，Co-49 Nb和Co-52 Nb微柱表现出高屈服应力和突然的大应变爆发在屈服的开始，无论方向，而Co-54 Nb微柱取向的基础滑移屈服在低得多的应力和间歇性的小应变爆发在塑性形变。在室温下，Co-49 Nb微柱在基面上以全位错滑移变形，而Co-54 Nb微柱在基面上以部分位错滑移变形。在600 ℃时，Co-49 Nb微柱表现出稳定的连续塑性，临界剪切应力显著降低。Co-49 Nb微柱在600 ℃时通过部分位错滑移发生塑性形变。基于所有潜在基面滑移面的几何γ面，我们探讨了μ-Co 7 Nb 6相基面上全位错和部分位错滑移的位置和原因。
2023-01-31 cond-mat.mtrl-sci
Development of local plasticity around voids during tensile deformation
空隙会限制工程部件的寿命。这促使我们了解镍基高温合金结合实验和模拟孔隙周围的局部塑性。利用原位高角分辨率电子背散射衍射技术对单晶样品进行拉伸变形，以探测负载下的非均匀局部应力场;参考应力由晶体塑性有限元模拟提供。该信息用于了解空隙周围塑性形变的激活。我们的调查表明，虽然解决的剪切应力将表明多个滑移系统上的滑移活动，滑移减少到特定的系统，由于图像力和森林硬化。这项研究合理化了观察到的空隙周围的塑性形变的发展，有助于我们理解部件失效和工程设计。
2021-04-15 cond-mat.mtrl-sci
Deformation mechanism of WC single crystals under nanoindentation: Effects of surface defects and orientation on pop-in and hysteresis
在基底（0001）和棱柱（1010）平面上的纯碳化钨（WC）上进行纳米压痕，使用布氏压头和球形压头，在单载荷和多载荷测试中。研究了WC的弹性-塑性形变、尺寸效应和滞后效应等载荷-位移曲线与WC变形行为的关系。随着不同的试样制备工艺，弹性到塑性形变开始在不同的阈值负载：这一观察被发现是由于表面位错密度的变化。观察到的阶梯变形被认为是由位错运动和滑移带的形成引起的;与位错环成核相关的载荷-位移响应中的突然位移不连续性发生在理论剪切强度处或附近。此外，载荷-位移曲线中的不连续性也被用来证实滞后回线是塑性形变的结果，就像它们在载荷为纯弹性时一样。
2022-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Scratching the surface: Elastic rotations beneath nanoscratch and nanoindentation tests
在本文中，我们研究了在（001）Cu单晶上使用两个方向的Berkovich尖端的纳米划痕试验附近的残余变形场。我们比较的变形与压痕，在试图了解切向滑动的变形机制。利用高分辨电子背散射衍射（HR-EBSD）技术，在聚焦离子束（FIB）制备的横截面上对晶格旋转场进行了实验映射。基于物理的晶体塑性有限元模型（CPFEM）用于模拟晶格旋转场，并提供对纳米划痕实验周围的3D旋转场的深入了解，因为它从初始静态压痕过渡到稳态划痕。CPFEM模拟捕捉实验旋转场具有良好的保真度，并显示如何扭转的划痕方向的旋转作为压头远离初始压痕移动。
2020-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Multi-scale plasticity homogenization of Sn-3Ag-0.5Cu: from β-Sn micropillars to polycrystals with intermetallics
采用微柱试验和率相关晶体塑性模型相结合的方法，系统地研究了$β$ -Sn单晶的力学性能。测定了$β$ -Sn单晶中几个关键滑移系的滑移强度和速率敏感性。数值预测和实验观察到的滑动痕迹之间的一致性已被证明为支柱定向激活单，双滑移。随后，温度依赖性，金属间尺寸控制行为的多晶$β$ -富锡合金SAC 305（96.5Sn-3Ag-0.5Cu重量%）的预测通过多尺度均匀化方法，和预测的温度和速率敏感性再现独立的实验结果。集成的实验和数值方法提供了机械的理解和基本的材料性能的微观结构敏感的行为的电子焊料受到热机械载荷，包括热疲劳。
2022-08-24 cond-mat.mtrl-sci
Observation of Bulk Plasticity in a Polycrystalline Titanium Alloy by Diffraction Contrast Tomography and Topotomography
多晶金属的机械性能由3D微观结构内变形产生的缺陷的相互作用决定。在通过滑动变形的材料中，塑性通常在微观结构内高度不均匀。许多实验工具可以用来观察样品自由表面滑移事件的结果;然而，只有少数方法可以对这些事件进行批量成像。在这篇文章中，三维微结构内的体滑移事件的成像，使通过结合使用X射线衍射衬度层析成像和拓扑层析成像。通过高分辨率数字图像相关法、X射线衍射衬度层析法、形貌层析法和相位衬度层析法在Ti-7Al变形过程中的相关测量，研究了X射线形貌层析法在体块滑移事件观测中的灵敏度。比以前的研究能够映射更大的晶粒邻域，使滑移传输的定量测量。表面和散装晶粒之间观察到显着差异，表明需要三维观察塑性更好地了解多晶材料的变形。
2021-11-10 cond-mat.mtrl-sci
An assessment of mechanism-based plasticity models for polycrystalline magnesium alloys
Texas A&M University（德克萨斯农工大学）；University of Houston（休斯顿大学）
本文评估了粗粒度塑性模型在多晶镁合金中的有效性，分析了其在捕捉塑性各向异性和滑移系统活动性方面的性能。
2026-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Extensive anisotropic lath martensite plasticity in dual-phase steels: A numerical-experimental investigation
本文对低碳双相钢的微观结构进行了详细的实验-数值分析，揭示了板条马氏体中显著的各向异性塑性形变的证据。在本马氏体变体中的惯习面取向的仔细测定表明，所观察到的塑性滑移的痕迹与相应的惯习面的方向一致。为了研究局部板条马氏体的塑性活动，开发了一个专用的基于子结构富集晶体塑性的模型。与传统的体心立方晶体塑性相比，该模型包含一个额外的晶体滑移面，包含3个平行于惯习面的软滑移系，以捕捉惯习面塑性的作用。模拟结果显示一致的应变局部化模式，如在实验中观察到的，与大多数的塑性局部化的马氏体包与他们的习惯面取向有利相对于所施加的载荷。基于这些见解，未来的马氏体建模策略和潜在的改进钢的建议进行了讨论。
2022-11-15 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamic theory of crystal plasticity: formulation and application to polycrystal fcc copper
我们提出了晶体塑性的热力学描述。我们的配方是基于Langer-Bouchbinder-Lookman热力学位错理论（TDT），它断言的基本重要性的有效温度，描述了状态的配置无序，因此位错密度的晶体材料。我们将TDT描述从各向同性塑性扩展到具有多个滑移系的晶体塑性。在单轴压缩、拉伸和简单剪切条件下，多晶面心立方铜的有限元模拟结果与实验结果进行了比较。因此，晶体塑性的热力学理论提供了晶体中位错运动的物理上严格的描述。我们还讨论了新的见解属于不同的滑移系的位错的相互作用。
2019-12-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Dislocation-mediated plasticity in the Al$_{2}$Cu θ-phase
The deformation behaviour of the intermetallic Al $_{2}$ Cu-phase was investigated using atomistic simulations and micropillar compression, where slip on the unexpected {211} and {022} slip planes was revealed. Additionally, all possible slip systems for the intermetallic phases were further evaluated and a preference for the activation of slip systems based on their effective interplanar distances as well as the effective Burgers vector is proposed. The effective interplanar distance corresponds to the manually determined interplanar distance, whereas the effective Burgers vector takes a pote…
2021-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Characterisation of microstructural creep, strain rate and temperature sensitivity and computational crystal plasticity in Zircaloy-4
采用弯曲蠕变试验、数字图像相关、电子背散射检测和热机械拉伸试验相结合的方法，结合晶体塑性模型，研究了Zr-4合金的晶级应变速率敏感性和温度敏感性。从室温微尺度蠕变中提取晶体速率敏感特性，从热多晶响应中提取温度敏感特性。晶体塑性实验结果表明，由于交叉滑移激活，在缺口尖端附近观察到较大的微尺度蠕变应变，最大可增加50%。微尺度SRS是高度非均匀的，其晶体学敏感性依赖于塑性形变速率和潜在的基于晶粒的位错滑移激活。金字塔<c+a>滑移和总位错堆积是温度敏感织构对屈服和强度硬化的影响。多晶体的真实重构和准确的速率敏感单晶性质是捕获多尺度SRS的关键。
2021-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Effects of Misorientation on Single Crystal Plasticity by Finite Element Methods
本文研究加载取向偏差对单晶晶体塑性有限元模型的影响，发现微小偏差会改变滑移系激活和应力-应变行为，并量化了其对[001]铜应力预测的显著影响。
2024-02-26 cond-mat.mtrl-sci
Exploring the transfer of plasticity across Laves phase interfaces in a dual phase magnesium alloy
Mg-Al合金中Laves相骨架的形成可大大改善其力学性能，特别是蠕变性能。最近的纳米力学研究表明，塑性位错滑移（Mg，Al）$_2$钙Laves相，即使在室温下。作为强化骨架，该相在低温下仍然是脆性的。在这项工作中，我们提出的实验证据的滑移转移从Mg基体的（Mg，Al）$_2$钙骨架在室温下，并探索相关的机制，通过原子模拟。我们确定了两种可能的机制转移镁基滑移到Laves相取决于晶体取向：直接和间接滑移转移触发的全部和部分位错，分别。我们的实验和数值观察也突出了界面滑动的重要性，可以防止塑性从一个阶段转移到另一个。
2021-02-12 cond-mat.mtrl-sci
Study of size effects in thin films by means of a crystal plasticity theory based on DiFT
在最近的出版物中，我们推导出了平行刃位错多滑移系统的塑性的介观连续理论，其动机是Yefimov等人（2004 b）提出的单滑移的非局部连续晶体塑性理论。在位错场论（DiFT）中，通过Peach-Koehler相互作用，通过单个和成对位错关联，得到了每个滑移系上总位错密度和几何必要位错密度的输运方程。对相关相互作用的影响表现在背应力的形式，除了外部剪切和自洽的内部应力。本文采用新的连续介质理论研究了具有对称双滑移的单晶薄膜的尺寸效应。分析了两个边值问题：（1）热载荷作用下基片上薄膜的应力松弛问题和（2）约束薄膜中的简单剪切问题。在这些问题中，早期的离散位错模拟表明，尺寸效应是由约束界面附近的位错层产生的。这些边界层取决于滑移方向和施加的载荷，但对膜厚不敏感。我们调查在这两个问题中的控制参数的变化的应力响应。与以前的离散位错模拟的比较进行了讨论。
2007-11-23 cond-mat.mtrl-sci
Thermally Activated Plasticity in Single-Crystal Titanium: A Molecular Dynamics Study of Nanoscale Deformation
本文利用大规模分子动力学模拟研究单晶α-Ti在不同取向和温度下的纳米压痕，揭示热激活如何调控位错形核、滑移系竞争及表面形貌。
2025-09-27 cond-mat.mtrl-sci
Descriptor for slip-induced crack-blunting in refractory ceramics
该研究针对难熔陶瓷脆性与塑性竞争问题，以Ti-N体系为对象开展原子尺度模拟，验证了半经验原子间势，揭示了滑移诱导裂纹钝化的机制，并提出Iplast描述符可用于排序陶瓷的位错介导裂纹钝化能力。
2023-09-17 cond-mat.mtrl-sci
Comparative Analysis of Plasticity-based GND Density Estimation Methods in Crystal Plasticity Finite Element Models
University of Michigan（密歇根大学）
本文比较了基于投影和滑移梯度的GND密度估计方法，发现使用活跃位错系统可显著提高多晶材料中GND密度的准确性。
2026-01-27 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
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
On the critical character of plasticity in metallic single crystals
以往的声发射（AE）实验，以及数值模拟，要求在集体位错动力学在塑性形变的自组织临界性（SOC）可能发生的冰单晶。在这里，我们报告六方晶系金属单晶的声发射实验。与滑移和孪生有关的位错雪崩被认为是AE的唯一来源。这两种类型的过程都表现出很强的间歇性。滑移和孪生事件的AE波形似乎不同，但从AE事件能量分布的角度来看，没有区别是可能的。分布总是遵循幂律，即使发生多滑和森林硬化。幂律指数与以前在冰单晶中发现的指数完全一致。随着观察到的时间聚类和雪崩之间的相互作用，这些结果是新的和强有力的论据，有利于一个一般的，SOC型，框架的晶体可塑性。
2005-12-14 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen-enhanced local plasticity in aluminum: an ab initio study
用Peierls-Nabarro模型研究了含氢和不含氢杂质的铝的位错核性质。我们发现，H不仅有利于位错发射从裂纹尖端，但也大大提高位错的流动性，导致宏观软化和减薄的材料前面的裂纹尖端。我们观察到H和位错核之间的强结合，结合能取决于位错的字符。这种依赖性可以通过抑制位错的交叉滑移和发展滑移平面性直接影响Al的力学性能。
2001-04-16 cond-mat.mtrl-sci
Intermittency in crystal plasticity informed by lattice symmetry
我们开发了一个非线性的，三维相场模型的晶体塑性占无限和离散的对称群G的基础周期晶格。这产生了一个复杂的能量景观，在应变空间中有无数个G相关的井，材料在加载下通过自发滑移过程引起位错的产生和运动而不需要辅助假设，通过能量最小化来演化。在由先验未知的自由边界分开的域中，可以同时激活多个滑移。在每个位置和时间的应变访问的井，跟踪的G值离散塑性映射，其不相容的不连续性识别晶格位错的演变。在微观尺度下，晶体材料塑性的主要影响出现在这个框架中，包括可能相互作用的位错的长程弹性场、晶格摩擦、硬化、位错的带状与复杂的空间分布。主要结果涉及的无标度的流动，幂律指数的滑动雪崩统计显着影响的对称性和兼容性的激活的基本剪切。
2015-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Mesoscale Description of Interface-Mediated Plasticity
本研究针对位错-界面相互作用决定多晶力学性能的问题，基于双晶体学与Burgers矢量反应/守恒推导了适用于任意界面和滑移系的介观界面边界条件，可预测滑移传递且结果适配现有位错塑性模拟方法。
2023-06-16 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
Atomistic simulations of nanoindentation in single crystalline tungsten: The role of interatomic potentials
计算建模通常用于辅助先进材料的实验探索，以更好地理解力学测试过程中的基本塑性机制。在这项工作中，我们进行分子动力学（MD）模拟模拟实验室的球形纳米压痕晶体W矩阵不同的原子间的潜力：EAM，修改的EAM，和最近开发的机器学习基于制表高斯近似势（tabGAP）描述的W-W的相互作用。结果表明，载荷位移和应力-应变曲线之间的相似性，无论数值模型。然而，在弹性到塑性形变转变的早期阶段观察到的差异，显示出不同的机制，位错的形核和演化，这是由于伯格斯矢量大小的差异，堆垛层错和位错滑移能。此外，还考虑了大压头尺寸下的接触压力，对加载过程中的螺位错和刃位错进行了详细的分析。此外，我们还计算了在所有原子间相互作用势下这种位错的滑移势垒，结果表明，tabGAP模型的计算结果与密度泛函理论的计算结果相比是最精确的，并且与已有的实验数据定性一致
2022-12-11 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
On the structure of metal plasticity constitutive equations and the physical origin of the plastic spin
本文通过对一个典型的体积单元的响应进行拟合，分析了金属多晶体的宏观弹塑性响应。为此目的，Hill（1967）（金属复合材料和多晶体本构律的基本结构。J. Mech. Phys. Solids，15，79-95），从而考虑了由塑性形变引起的结构变化。据发现，分配给一个组成晶体的滑移系统的演变类型的影响显着的本构系统的结构特征的整体响应。特别是，只有当滑移系被假定为对流与晶格的经典正规结构。任何其他类型的滑移系演化都会导致宏观塑性形变速率偏离屈服面的外法线。这为备受争议的塑性自旋概念提供了物理解释和严格定义。
2013-06-27 cond-mat.mtrl-sci
Kinematic description of crystal plasticity in the finite kinematic framework: a micromechanical understanding of F=FeFp
变形梯度的塑性分量在塑性有限运动学模型中起着核心作用。然而，它的定性一直是在文学和许多重要的问题仍然没有得到解决的长期辩论的来源。一些例子是对具有多个活动滑移系的F=FeFp的微观力学理解，分解的唯一性，或不参考所谓的中间构型的塑性形变的表征。在本文中，我们通过离散滑移面和相应的位错结构引起的塑性形变的二维运动学分析揭示了这些问题。特别是，我们提供定义的弹性和塑性分量的变形梯度作为一个功能的活动滑移系统，而没有任何先验假设的总变形梯度的分解。这些定义是明确和唯一地从微观结构给出的，并且不使用任何不可实现的中间构型。然后通过均质化使这些量达到连续极限，即，通过将滑移面的数量增加到无穷大并将晶格参数减小到零。这连续极限计算几个说明性的例子，其中众所周知的乘法分解的总变形梯度被恢复。此外，通过类似的论证，得到了位错密度张量的表达式作为离散位错密度的极限。
2013-12-05 cond-mat.mtrl-sci
Crystal plasticity finite element simulation of lattice rotation and x-ray diffraction during laser shock-compression of Tantalum
韦克斯堡等等人[Nature 550 496（2017）]在LCLS X射线自由电子激光设施中使用超快原位X射线衍射来测量由冲击压缩激光驱动的[110]纤维织构化钽多晶中的滑移和变形孪晶引起的大晶格旋转。我们采用晶体塑性有限元方法模型，与滑移动力学密切基于各向同性位错为基础的利弗莫尔多尺度模型[巴顿等。例如，J. Appl.Phys.109（2011）]来分析该实验。我们阐明了晶格旋转度和塑性动力学之间的联系，表明在$\sim$ 27 GPa的冲击压力下，在相对缓慢的动力学机制（导致滑移系统激活的平衡模式，因此净晶格旋转相对较小）和快速动力学机制（由于成核的开始）之间发生转变。导致变形系统激活的不平衡图案，并因此导致大的净晶格旋转。我们证明了该模型与实验X射线衍射数据的晶格旋转之间的良好拟合，并表明该数据是变形动力学的约束。
2021-08-18 cond-mat.mtrl-sci
The Competition Between Deformation Twinning and Dislocation Slip in Deformed Face-Centered Cubic Metals
本研究提出一种基于动力学蒙特卡罗模拟的方法，预测面心立方金属变形中形变孪晶与位错滑移竞争的介观演化，并推导出考虑变形历史的解析模型与竞争参数，扩展了形变孪晶理论并应用于晶体塑性模型。
2022-05-02 cond-mat.mtrl-sci
Origins of limited non-basal plasticity in the μ-phase at room temperature
本研究利用纳米力学测试、透射电子显微镜和原子模拟，揭示了室温下μ相中新的非基面滑移机制，阐明了其实现低温塑性应变协调的同时，因层错交截导致裂纹形核从而限制塑性的起源。
2024-02-15 cond-mat.mtrl-sci
Room-temperature dislocation plasticity in ceramics: Methods, Materials, and Mechanisms
本综述针对传统观点认为陶瓷室温无位错塑性的认知局限，收集介观-宏观尺度室温位错塑性证据，介绍实验方法与44种相关陶瓷，讨论位错力学机制，为开发位错基技术奠定基础。
2025-04-06 cond-mat.mtrl-sci
Effect of material stiffness on hardness: a computational study based on model potentials
我们研究了材料的硬度与其弹性刚度的关系。这是可能的，通过构建一系列的模型潜力的莫尔斯类型;开始对自然铜建模，模型潜力表现出增加的弹性模量，同时保持所有其他潜在的参数（晶格常数，键能）不变。利用分子动力学模拟，我们对这些模型晶体进行了纳米压痕实验。我们发现晶体硬度与弹性刚度成比例。此外，当塑性开始时经历的载荷下降与弹性刚度成比例地增加，而屈服点，即，塑性开始的压痕与弹性刚度无关。
2008-08-08 cond-mat.mtrl-sci
Kinetic view on dynamic plasticity of crystalline solids
本文提出基于多面体胞腔复形（PCC）微观滑移演化的动力学视角，取代传统位错模型，为晶体固体塑性流动提供统计与热力学描述，并揭示应变率敏感性的微观机制。
2024-12-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.comp-ph
Discrete dislocation plasticity HELPs understand hydrogen effects in bcc materials
在试图弥合原子和连续塑性模拟铁中的氢之间的差距，我们提出了三维离散位错塑性模拟结合氢的弹性应力和氢依赖的位错迁移率法。根据Gu和El-Awady（2018）推导的公式，结合氢致应力，在这里我们通过叠加原理将其扩展到有限边界值问题，即微悬臂梁。氢相关迁移率定律基于Katzarov等人（2017）的第一原理计算，并发现在体相氢浓度为0.1 appm时促进位错生成并增强滑移平面性;这对于bcc材料是典型的。氢弹性应力产生相同的行为，但只有当体积浓度非常高。在微悬臂梁，氢被发现，以促进位错活动，降低流动应力，并产生更明显的滑移台阶上的自由表面。这些观察结果是一致的氢增强局部塑性（HELP）机制，它的结论是，氢的弹性应力和氢增加位错的流动性是可行的解释HELP。然而，在体心立方金属中通常发现的低浓度下，后者占主导地位。
2018-07-13 cond-mat.mtrl-sci
Cold dwell behaviour of Ti$_6$Al alloy: Understanding load shedding using digital image correlation and crystal plasticity simulations
利用数字图像相关技术和晶体塑性模拟方法研究了粗晶Ti-6Al合金在3种不同温度下的冷保压行为。应变提取大体积晶粒蠕变期间DIC测量和用于校准晶体塑性模型。两个主要的滑移系统（基底和棱柱）的临界分辨剪切应力（CRSS）的值被确定为温度的函数。在不同温度下测定了两个晶粒对（1）“流氓”晶粒对和（2）“非流氓”晶粒对）边界上的应力。在“流氓”粮食对，在蠕变期间的应力增量被发现在“硬”粮食中观察到甩负荷。在升高的温度下，发现120 C是最坏的情况，因为发现这两个晶粒对的晶界处的应力差是三个温度中最大的。这可以归因于这样一个事实，即棱柱体和基底滑移系统的应变率敏感性在这种最坏情况下的温度下最大。
2021-06-23 cond-mat.mtrl-sci
High-temperature behavior of amorphous alumina coatings: Insights from in-situ nanoindentation and X-ray diffraction studies
研究通过原位纳米压痕和X射线衍射分析，探讨了非晶氧化铝涂层在高温下的机械性能及相变行为，揭示了高温下材料塑性增强的机理及结构稳定性。
2026-05-13 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
