A possible link between brittle and ductile failure by viewing fracture as a topological defect
一个连续模型的断裂，描述，在原则上，传播和相互作用的任意分布的裂纹和空隙不断发展的拓扑结构，没有断裂准则。它涉及到裂纹尖端的“运动定律”，主要是作为与热力学相结合的运动学结果。基本运动学赋予裂纹尖端拓扑电荷。这使得协会的运动学守恒定律的电荷，导致在一个基本的演化方程的裂纹尖端场，并反过来裂纹场。矢量裂纹场以物理上合理的各向异性方式降低弹性模量。该守恒定律的数学结构允许在裂纹场的演化中添加标量场的“自由”梯度。我们将这种自然出现的标量场与韧性破坏建模中出现的孔隙度相关联。因此，孔隙率梯度影响裂纹场的演化，然后自然地降低弹性模量，并且正是通过这种基本机制，孔隙率增长中的空间梯度影响材料的应变-能量密度和应力承载能力，并且作为与基本运动学相关的尺寸结果，在模型中引入长度尺度。本工作的关键假设是，脆性断裂是能量驱动的，而韧性断裂是应力驱动的，在总的剪切载荷下，平均应力为零或压缩，剪切应变能仍然可以驱动剪切断裂韧性材料。
2020-04-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Excess Vibrational Density of States and the Brittle to Ductile Transition in Crystalline and Amorphous Solids
确定材料在机械载荷下是脆性还是韧性的条件仍然是难以捉摸的，并且是材料物理学家和工程师积极研究的主题。在这项研究中，我们提出的{ \em在silico}机械变形实验从两个非常不同的模型固体在二维和三维的结果。第一个由粒子与各向同性势相互作用组成，另一个具有强烈的方向依赖相互作用。我们表明，在这两种情况下，多余的振动态密度是基本量的材料的延展性的特点。我们的结果可以通过对胶体固体的仔细实验来检验。
2015-09-01 cond-mat.soft
Finite Disorder Critical Point in the Brittle-to-Ductile Transition of Amorphous Solids in the Presence of Particle Pinning
该研究通过引入随机钉扎粒子形式的淬火无序，实现非晶态固体从脆性到韧性屈服的转变，验证了有限钉扎浓度下转变的临界性，并建立了两类无序强度的可能关联。
2025-01-15 cond-mat.soft
A random critical point separates brittle and ductile yielding transitions in amorphous materials
我们结合了一个解析可解的平均场弹塑性模型与分子动力学模拟的一个通用的玻璃形成证明，根据其制备协议，非晶材料可以产生在两个定性不同的方式。我们表明，退火良好的系统在一个不连续的脆性的方式，金属和分子玻璃。在这种情况下，屈服对应于一阶非平衡相变。随着退火程度的降低，一阶特征变弱，跃迁终止于随机场中伊辛模型普适类的二阶临界点.对于更差的退火系统，屈服变成平滑的交叉，代表在泡沫、乳液和胶体玻璃中通常观察到的延展性流变行为。我们的研究结果表明，在非晶材料中发现的屈服行为的多样性并不来自粒子相互作用或微观动力学{ \it本身}的多样性，而是通过仔细考虑系统的初始稳定性的作用而统一的。
2018-05-11 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Finite Disorder Critical Point in Brittle-to-Ductile Transition in Amorphous Solids with Aspherical Impurities
本研究通过分子动力学模拟探究非球形杂质对非晶固体脆-韧转变的影响，发现杂质形状、转动自由度与浓度会调控材料屈服行为，有限尺寸标度分析揭示了有限无序临界点的存在。
2025-09-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Cooking crystalline candies and the ductile to brittle transition in concentrated suspensions
The University of Edinburgh（爱丁堡大学）；Edinburgh Complex Fluids Partnership（爱丁堡复杂流体伙伴关系）
研究通过制作糖晶体与水-蛋白质-脂肪基质的糖果，揭示了非布朗悬浮液中塑性到脆性转变现象，发现固体体积分数增加导致材料从流体到塑性固体再到脆性固体的转变。
2026-05-07 cond-mat.soft
Constitutive flow law for hydrogel granular rafts near the brittle-ductile transition
The University of Osaka（大阪大学）
本研究提出了一种适用于近脆性-塑性转变处水凝胶颗粒筏的本构流变定律，结合了干颗粒流变学与非局部效应及阻尼粘性流动。
2026-02-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
The effects of cooling rate on particle rearrangement statistics: Rapidly cooled glasses are more ductile and less reversible
非晶态固体，例如金属、聚合物和胶体玻璃，对施加的变形显示复杂的时空响应。与结晶固体相反，在加载期间，非晶态固体表现出从弹性响应到塑性流动的平滑过渡。在这项研究中，我们调查的机械响应二元Lennard-Jones玻璃无热，准静态纯剪切作为一个功能的冷却速率用于制备它们。我们发现几个关键的结果之间的联系应变诱导的粒子重排和机械响应。我们表明，更快速冷却的玻璃进行更频繁和更大的颗粒重排比缓慢冷却的玻璃。我们发现，剪切体积模量的比例随冷却速率的增加而减小，这表明更快速冷却的玻璃比缓慢冷却的样品更具延展性。此外，我们的特点是在循环剪切过程中的颗粒运动的可逆程度。我们发现，不可逆的粒子运动发生，即使在假定的线性制度的应力与应变。然而，缓慢冷却的玻璃，经历较小的重排，是更可逆的循环剪切下比快速冷却的玻璃。因此，我们表明，更多的延性玻璃也不可逆。
2016-07-14 cond-mat.soft
Multiscale dynamics in yield stress fluids during homogeneous and shear-banded yielding
本研究采用流变测量结合动力学观测的新方法，揭示软阻塞材料振荡剪切下的两种屈服行为，提出粘塑性脆度可作为跨尺度预测指标，为软材料屈服行为的理解与量化提供新视角。
2026-10-27 cond-mat.soft
Activity-Induced Annealing leads to Ductile-to-Brittle Transition in Amorphous Solids
本文提出利用自驱动活性退火制备非晶玻璃，通过调控退火协议实现单轴拉伸下从韧性到脆性的失效模式转变，并揭示了样品几何形状对剪切带形成的影响，建立了活性驱动与剪切驱动玻璃之间的对应关系。
2023-05-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Progressive Collapse Mechanisms of Brittle and Ductile Framed Structures
本文研究了钢筋混凝土三维框架结构在柱突然失稳后的连续倒塌问题。该结构由具有伸长-转动失效阈值的弹塑性欧拉-伯努利梁表示。我们使用离散元法进行模拟，考虑结构元件之间的非弹性碰撞。结果表明，什么样的崩溃启动和冲击驱动的传播机制被激活的结构具有不同的几何和力学特征。也就是说，我们调查的横截面尺寸和钢筋$α$和结构元件的塑性能力$β$的影响。我们还研究了最终的崩溃程度和碎片的大小分布和它们的关系，$α$，$β$和所观察到的崩溃机制。最后，我们比较了梁中配筋对称和非对称结构的损伤响应。
2015-09-07 cond-mat.soft
Ductile and brittle yielding of athermal amorphous solids: a mean-field paradigm beyond the random field Ising model
本文在 Hébraud-Lequeux 弹塑性框架上统一描述非热非晶固体的延性与脆性屈服，揭示动力学与长程弹性相互作用导致雪崩和有限尺寸行为显著区别于随机场伊辛模型，并预测新的临界行为。
2024-11-21 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Rare events and disorder control the brittle yielding of well-annealed amorphous solids
我们使用原子的计算机模拟提供了一个微观描述的非晶材料的脆性破坏，我们评估的作用，罕见的事件和淬火无序。我们认为，脆性屈服起源于罕见的软区，类似于无序系统中的格里菲斯效应。我们用数值方法演示了如何在这样的软区域局部塑性事件触发宏观破坏通过传播的剪切带。这一物理图像，不再持有不良退火韧性材料，使我们能够讨论有限尺寸效应在脆性屈服的作用，并加强屈服和其他无序控制的非平衡相变之间的相似性。
2022-07-11 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Ductile-to-brittle transition and yielding in soft amorphous materials: perspectives and open questions
软质无定形材料是我们周围普遍存在的粘弹性固体，从粘土和水泥浆到食品或生物医学工程中遇到的乳液和物理凝胶。在外部变形下，这些材料经历了从固态到液态的显著转变，从而重塑了材料的微观结构。这种屈服的转变是2023年1月9日至13日在莱顿洛伦兹中心举行的研讨会的主题。这里展示的手稿提供了一个关于这个主题的批判性观点，综合了本周充满活力的思想交流中展开的各种头脑风暴会议和非正式讨论的见解。这些交流的结果采取了一系列开放性问题的形式，这些问题代表了在不久的将来要解决的突出的实验、数值和理论挑战。
2023-12-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Microscopic insights into the failure of elastic double networks
如果将两种网络组合成一种材料，则聚合物材料的韧性可以显著增加。这种增韧效应是从脆性到韧性失效响应的转变的结果。虽然这种转变和伴随的增韧效应已经在水凝胶中首次得到证实，但该概念在弹性体和宏观复合材料中也被证明是有效的。这表明这种转变不是由特定的分子结构引起的，而是由与两个互穿网络之间的机械相互作用有关的一般物理原理引起的。在这里，我们采用理论和计算机模拟，启发了这一一般原则，研究如何无序控制脆韧性转变在宏观和微观水平。随机弹簧网络模型具有两种不同的弹簧类型，使我们能够研究的初始无序和网络引起的应力异质性对这种转变的联合作用。我们发现，一个机械力平衡给出了一个很好的描述的脆韧性转变。此外，在弹簧模型中包含的无序预测四个不同的故障制度沿脆韧性响应与实验结果一致。最后，我们表明，网络结构可以导致应力集中，扩散损伤和损失的渗流取决于故障制度。因此，这项工作提供了一个框架的设计和优化的双网络材料，并强调网络结构的韧性的聚合物材料的重要性。
2020-06-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
CO2-induced Rejuvenation in Polyetherimide: a New Key to Understand the Brittle-to-Ductile Transition in Mechanical Behavior of Nanocellular Polymers
University of Valladolid（巴利亚多利德大学）；TU Eindhoven（埃因霍温理工大学）
本研究首次表明CO2饱和可永久改变高Tg无定形聚合物的机械状态，揭示了纳米气泡聚合物机械行为脆性-韧性转变的新机制。
2025-12-22 cond-mat.soft
Brittle yielding of amorphous solids at finite shear rates
随着静态玻璃的动力学稳定性增加，非晶态固体显示出韧性到脆性的转变，这导致在准静态方案中由宏观剪切带的突然出现控制的材料失效。我们数值研究有限变形率如何影响延性和脆性屈服行为，使用模型玻璃在二维和三维空间。我们发现，有限的剪切速率系统地提高了不良退火系统的应力过冲，而不一定产生剪切带。对于退火良好的系统，非平衡的不连续屈服过渡涂抹有限的剪切速率，它是伴随着多个剪切带的出现，也已在金属玻璃实验中报道。我们发现，带的典型尺寸和它们之间的距离增加代数与逆剪切速率。我们提供了一个动态的缩放参数相应的长度尺度，基于剪切带的变形速率和传播时间之间的竞争。
2019-12-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Tuning brittleness in multi-component metallic glasses through chemical disorder aging
通过混合MC-MD模拟研究多组分金属玻璃老化对剪切弹性-塑性转变的影响，揭示老化诱导的二十面体有序化与剪切转变区协同形成的内在关联，并量化了老化时间依赖的塑性重排敏感性及空间关联长度的增长。
2023-09-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Active Particle Doping Suppresses Brittle Failure in Ultrastable Glasses
研究通过模拟掺杂自驱动粒子的超稳定玻璃，发现活性力能将脆性剪切带失效转变为连续延迟的均匀屈服，且活性力与剪切速率存在补偿关系，屈服应力与持续时间呈非单调关系。
2025-08-08 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Yielding, shear banding and brittle failure of amorphous materials
在自然界和技术中广泛存在的过程是由动力学转变控制的，由此最初处于固体状状态的材料然后塑性屈服。主要未解决的问题涉及任何材料是否会顺利和逐渐屈服（韧性行为）或突然和灾难性地失败（脆性行为）;样品退火，无序和剪切带形成在屈服和失败的开始中的作用;最重要的是，从实践的角度来看，任何即将发生的灾难性失败是否可以在它发生之前预测。我们解决这些问题，通过研究缓慢剪切非热非晶材料的屈服，在一个最小的介观晶格弹塑性模型。我们的贡献是四方面的。首先，我们阐明是否屈服将是韧性或脆性，对于任何给定的样品退火水平。第二，我们表明，屈服包括两个不同的阶段：一个预失效阶段，在此阶段中，小水平的应变异质性慢慢积累，其次是一个灾难性的脆性破坏事件，在此过程中，裂纹迅速传播通过合作线的塑性事件的样品。第三，我们提供了一个表达式的缓慢增长水平的应变不均匀性在破坏前的阶段，表示在宏观应力-应变曲线和样本大小，并与我们的模拟结果非常一致。第四，我们阐明的基本机制，通过该裂纹然后成核，并提供一个近似表达式的概率分布的剪切应变发生故障时，确定由一个单一的退火参数，和系统的大小方面表示的样品中固有的无序。
2022-11-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Finite-disorder critical point in the yielding transition of elasto-plastic models
在加载时，非晶态固体可表现出脆性屈服，其中宏观剪切带的突然形成导致断裂，或延性屈服，其中大量塑性事件导致均匀流动。最近有人提出，并随后质疑，这两个政权分开的尖锐的临界点，作为一个功能的一些控制参数表征的内在的无序强度和程度的稳定性的固体。为了解决这个问题，我们已经进行了广泛的数值模拟非热驱动的弹塑性模型与远程和各向异性的现实相互作用内核在二维和三维。我们的研究结果提供了明确的证据，分离脆性和韧性屈服的有限无序临界点，我们提供了在2D和3D的临界指数的估计。
2022-11-24 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Distinguishing failure modes at the molecular level by examining heterogeneity in local structures and dynamics
脆性破坏在充分冷却到低于其玻璃化转变温度$T_g$的非晶材料中普遍存在。这种灾难性的失效模式在许多应用中限制了非晶材料，并且围绕它的许多基本问题仍然知之甚少。两个挑战阻碍了对在接近$T_g$的温度下的延性响应到在较低温度下的脆性失效之间的转变的更基本的理解，这两个挑战是i）缺乏捕获在实验中观察到的失效模式的计算上廉价的分子模型，以及ii）缺乏可以区分各种失效机制的定量度量。在这项工作中，我们使用分子动力学模拟捕捉玻璃形成的短链聚合物系统的韧性到脆性的转变，通过使用修改后的Lennard-Jones势来描述单体之间的非键相互作用。我们的特点是这种新的潜在的影响，宏观力学性能以及微观结构和动力学的差异在变形。最后，我们提出了区分不同故障模式的定量指标。
2019-03-31 cond-mat.soft
Challenges in the rheology of glasses
本文概述玻璃流变学理论中的关键挑战，聚焦稳态剪切流动曲线、剪切启动中的韧性与脆性屈服及振荡剪切下的屈服，并联系可逆-不可逆转变和记忆形成。研究旨在深化对玻璃屈服行为的理解。
2024-02-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Creep failure of amorphous solids under tensile stress
对一块非晶态固体施加恒定的拉伸应力会导致缓慢的延伸，然后最终发生快速的机械塌陷。这种“蠕变”过程是最重要的工程问题，因此一个多世纪以来一直是各种材料的研究主题。对于$τ_w$，即预期的崩溃时间，目前还缺乏预测理论，这主要是因为它依赖于令人困惑的各种参数，包括温度、系统尺寸、张力，以及组分之间详细的微观相互作用。塌陷时间对所有参数的复杂依赖关系将在下面使用非晶材料条带的模拟进行讨论。对于韧性和脆性材料观察到不同的情况，导致在创建可以为给定条件提供安全措施的包罗万象的理论方面存在严重困难。本文的一个主要目的是采用缩放的概念，实现数据崩溃的概率分布函数（PDF）的$\ln{τ_w}$。缩放的想法导致在一个通用的功能，它提供了一个预测的pdf的$\ln{τ_w}$的样本外系统，从测量这些参数的其他值。的预测能力的标度理论证明了韧性和脆性系统。最后，我们给出了脆性材料的普适尺度函数的推导。韧性的情况下，似乎是由于塑性颈缩不稳定性，是留给未来的研究。
2022-06-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Acoustic Monitoring of Inelastic Compaction in Porous Granular Materials
本研究通过同步测量超声波速度与声发射，揭示了侧限加载下胶结颗粒材料从内聚到非内聚态转变的非弹性压实机制，发现其宏观延脆性行为由颗粒间胶结的局部过程控制。
2023-10-25 cond-mat.soft
The Universal Role of Fragility on the Yielding Transition of Active Glass under Oscillatory Shear
Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所）
研究人员通过分子动力学模拟发现，活性会降低玻璃的动力学脆弱性，改变其屈服力学响应，确立了动力学脆弱性是控制被动与活性玻璃屈服的统一参数，为调控非晶材料力学响应提供了新途径。
2026-09-03 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Toughness of double network hydrogels: the role of reduced stress propagation
该研究通过介观模型揭示双网络水凝胶高韧性的机制：网络间载荷分担减弱Eshelby应力传播，抑制牺牲键断裂级联，从而将脆性开裂转为弥散微裂纹的延性变形。
2025-10-08 cond-mat.soft
The role of annealing in determining the yielding behavior of glasses under cyclic shear deformation
采用均匀和循环剪切变形的计算机模拟方法研究了非晶态固体的屈服行为。最近的结果表明，作为一个不连续的过渡，与玻璃的退火程度是一个重要的参数。在均匀剪切下，屈服应力的不连续变化发生在高退火区，与屈服逐渐的差退火区分开。在循环剪切模拟中，随着屈服点的接近，相对较差的退火玻璃逐渐变得更好地退火，屈服时具有相对适度但明显的不连续变化。为了更好地了解退火的屈服特性的作用，我们进行非热准静态循环剪切模拟的玻璃制备范围广泛的退火在两个定性不同的系统-模型的二氧化硅（网络玻璃），和原子二元混合物玻璃。两个显着不同的制度的行为出现：退火不良的样品的能量演变到一个独特的阈值能量的应变幅度增加，屈服发生之前。退火好的样品，相反，没有显着的能量变化与应变幅度，直到他们屈服，伴随着不连续的能量变化，增加退火的程度。值得注意的是，这两个系统的阈值能量对应于与玻璃形成液体采样的能量景观的特征的变化相关的动态交叉温度。均匀剪切模拟支持最近讨论的情况下，一个随机的临界点分离韧性和脆性屈服，我们的研究结果现在与动态交叉温度在相应的液体。
2019-11-29 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Finite-size study of the athermal quasistatic yielding transition in structural glasses
我们提出了一个有限尺寸的非热准静态屈服转变的结构玻璃具有广泛的机械无序的研究。我们发现了一个交叉，从逐渐屈服的小系统，一个宏观的不连续的应力下降系统的大小增加。当样品的结构无序度接近玻璃可以达到的最大值时，交叉尺寸显著增长。我们的研究结果表明，在结构玻璃和脆性断裂的保险丝模型和弹性网络的非热准静态屈服转变的性质之间的类比。我们讨论了我们的研究结果的背景下，最近的索赔文献。
2021-04-06 cond-mat.soft
Simple generic picture of toughness in solid polymer blends
本研究针对脆性聚合物共混增韧缺乏原子-宏观关联通用图景的问题，通过全原子与通用模拟揭示侧基接触密度平衡对韧性的调控机制，发现韧性随拉伸应变下接触密度变化率的普适规律，且与平行弹簧模型一致。
2022-07-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
