Thermodynamic theory of dislocation-enabled plasticity
位错激活塑性的热力学理论是基于两个非传统的假设。其中第一个是，由外力驱动并与环境进行不可逆热交换的位错系统，必须以热力学定义的有效温度为特征，该温度与常温不同。第二个假设是控制塑性形变的主要机制是热激活的位错对的脱钉。本文包括一个系统的重新制定这个理论，其次是它的使用实验观察到的现象，包括应变硬化，晶粒尺寸（霍尔-佩奇）的影响，屈服过渡，绝热剪切带分析的例子。
2017-07-17 cond-mat.mtrl-sci
A link between microstructure evolution and macroscopic response in elasto-plasticity: formulation and numerical approximation of the higher-dimensional Continuum Dislocation Dynamics theory
微塑性理论和模型适用于解释和预测长度尺度上器件的机械响应，其中塑性形变的载体-位错-的影响不能被忽略或完全平均。为了在不解决每个单个位错的情况下考虑这些效应，已经开发了各种各样的连续描述，其中包括Hochrainer等人的高维连续位错动力学（hdCDD）理论（Phil. Mag. 87，pp. 1261-1282）采用不同的统计方法，并且包含通常仅包含在离散位错模型中的信息。我们提出了一个简洁的配方HDCDD在一般单晶塑性上下文中连同一个不连续的Galerkin计划的数值实施，我们评估的数值例子：拉伸和剪切载荷下的薄膜。我们研究了不同的实际边界条件的影响，并表明位错通量和它们的线的曲率是小尺度塑性的关键特征。
2015-06-09 cond-mat.mtrl-sci
Room-temperature bulk plasticity and tunable dislocation densities in KTaO3
本研究通过循环布氏压痕、划痕及单轴压缩实验，证明单晶KTaO3在室温下具有由位错介导的体塑性，可实现可调位错密度，并确定滑移系为<110>{1-10}，颠覆了其易脆断的传统认知。
2024-06-02 cond-mat.mtrl-sci
Harvesting room-temperature plasticity in ceramics by mechanically seeded dislocations
本文提出通过室温机械植入高密度可动位错，触发交滑移与位错增殖，使陶瓷实现超过30%的大塑性应变，无需高温工艺即可抑制脆性断裂并收获室温塑性。
2024-06-02 cond-mat.mtrl-sci
A First Experiment at Interfacing Crystal Plasticity and Continuum Dislocation Dynamics
本研究提出基于流线构建的计算方法，从连续位错动力学模拟中提取位错子结构的统计参数，发现可动位错段长度和平均自由程随应变减小，为晶体塑性模型提供微观结构输入。
2025-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Direct Observation of Room-Temperature Dislocation Plasticity in Diamond
众所周知，金刚石在室温下不发生塑性变形，通常以灾难性的脆性断裂而失效。在这里，我们展示了亚微米尺寸的金刚石柱的室温位错塑性在透射电子显微镜的原位力学测试。我们在前所未有的细节文件的时空特性的位错引入的无约束压缩，包括位错的产生和传播。断层重建的原子分辨观测结果明确地表明，Burgers矢量为1/2的混合型位错分别<110>在和方向的单轴压缩下在金刚石的非密排{001}面被激活<111><110>，而在定向加载下在{111}面被激活<100>，表明取向相关的位错塑性。这些结果为金刚石的力学行为提供了新的见解，并刺激了对金刚石以及其他脆性共价晶体在低温下的基本变形机制的重新思考。
2020-02-14 cond-mat.mtrl-sci
Micro-plasticity and intermittent dislocation activity in a simplified micro structural model
在这里，我们提出了一个模型来研究微塑性区的应力-应变曲线。在这个模型中，一个明确的位错人口表示的移动位错含量和内部剪切应力场表示的平均场描述的不动的位错含量。移动位错被约束到一个简单的偶极垫的几何形状，并通过位错动力学算法建模，而剪切应力场被选择为沿垫方向的距离的正弦函数。后者由周期性长度和剪切应力幅度定义，代表预先存在的微结构。这些模型参数，随着移动位错密度，被发现承认的微塑性行为的多样性，涉及间歇性塑性的形式的无标度雪崩现象，与指数的应变突发幅度分布类似的实验和更复杂的位错动力学模拟中看到的。
2013-02-08 cond-mat.mtrl-sci
Critical stress statistics and a fold catastrophe in intermittent crystal plasticity
研究了单位错动力学模拟中第一个离散塑性事件的统计和起源。这是通过一个线性稳定性分析的发展中的位错配置的不可逆塑性开始。它被发现，通过一个折叠突变，位错配置加载前直接决定的应力，塑性事件发生时，一个和两个触发位错之间的参与。由此产生的不可逆塑性应变所产生的不稳定性被认为是高度相关的这些触发位错。
2016-03-02 cond-mat.mtrl-sci
A small-distortion geometric model for elasto-plasticity in single crystals driven by the motion of dislocations
Mathematics Institute, University of Warwick（华威大学数学研究所）
本文提出小畸变几何模型，基于小畸变假设与线张力近似，结合时空框架，实现由位错运动直接驱动的单晶弹塑性建模，并连接离散位错与连续介质理论。
2026-09-22 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
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
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
Dislocation-point defect interaction on plasticity across the length scale in SrTiO3
Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）；The University of Osaka（大阪大学）；Technical University of Darmstadt（达姆施塔特工业大学）
研究通过跨尺度实验揭示Nb掺杂如何抑制SrTiO3中的位错形核、乘法和运动，发现氧空位促进初始塑性而Sr空位阻碍位错运动。
2026-01-14 cond-mat.mtrl-sci
Phase-field, dislocation based plasticity and damage coupled model: modelling and application to single crystal superalloys
本文提出了一个耦合相场、位错密度塑性和损伤的新模型。基于可动位错和不动位错的演化，建立了位错密度控制方程。模型中考虑了位错增殖、湮灭、位错相互作用引起的动-不动迁移和界面阻塞等机制。特别是，在位错和相场耦合模拟中经常出现的围绕粗化第二相的“吞隙”问题，在本模型中得到解决。此外，位错切割到第二相在第三蠕变过程中，这是很少被考虑在以前的相场模拟的单晶高温合金的现象，成功地捕捉在本模型与损伤耦合。模型动力学考虑了由外载荷、共格界面错配、塑性活动和损伤引起的长程应力，以及由反相界面、位错线张力和森林位错捕获引起的短程应力。利用该耦合模型对单晶高温合金在200 MPa和350 MPa下的高温蠕变进行了$\langle 001 \rangle$模拟，并与实验结果进行了比较。结果表明，在整个蠕变过程中，模拟的相组织、位错和蠕变性能与实验基本一致。
2021-12-24 cond-mat.mtrl-sci
Multiscale Discrete Dislocation Dynamics Plasticity
近十年来，离散位错（DD）分析及其计算模型得到了显著的发展。这一进展已被进一步放大的想法，耦合DD与连续介质力学分析与计算算法，如有限元。这种耦合可以为更好地理解材料在微观尺度和宏观尺度上的局部响应铺平道路，增加未来在材料，机械，结构和工艺工程分析中的应用潜力。
2005-09-20 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
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
Oxygen Vacancies at Dislocation Core Modulate Plasticity in Strontium Titanate
Ames National Laboratory（艾姆斯国家实验室）；North Carolina State University（北卡罗来纳州立大学）；Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）；Iowa State University（爱荷华州立大学）；University of Virginia（弗吉尼亚大学）
研究通过结合透射电镜与分子动力学模拟，揭示了氧空位密度与位错运动之间的关系，发现位错环的氧空位分布影响塑性行为。
2026-05-01 cond-mat.mtrl-sci
Relating plasticity to dislocation properties by data analysis: scaling vs. machine learning approaches
塑性建模长期以来一直基于唯象模型，该模型基于对本构关系的特设假设，然后将其拟合到有限的数据。其他工作是基于物理机制的考虑，试图建立一个物理基础的观察到的塑性形变行为，通过识别孤立的缺陷过程（“机制”），观察实验或模拟，然后用于制定所谓的物理为基础的模型。这两种方法都不足以捕捉属于紧急集体现象领域的塑性形变的复杂性，也不足以理解现代高性能结构材料核心的多种变形途径的复杂相互作用。基于数据的方法提供了另一种途径对塑性建模的优势和局限性，我们在这里探讨一个简单的例子，即率和位错密度依赖的强化机制之间的相互作用，在面心立方金属。
2022-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Avalanches and rate effects in strain-controlled discrete dislocation plasticity of Al single crystals
采用三维离散位错动力学模拟方法研究了面心立方铝单晶的应变控制塑性形变。在描述了平均应力-应变曲线的速率和尺寸依赖性之后，我们研究了幂律分布的应变爆发和平均雪崩形状，并找到了一个普适的幂律指数$τ\approx 1.0$，它表征了所有施加的应变速率和系统尺寸，同时也表征了事件的大小和持续时间.我们讨论了我们的结果对加载速率的依赖性，并将这些与以前的研究的应变控制的二维系统的离散位错，以及准静态应力控制加载的铝单晶。
2023-01-25 cond-mat.mtrl-sci
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
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 incompatibility of strains and its application to mesoscopic studies of plasticity
结构转变总是受到晶格畸变的影响。如果物体要保持无裂纹，应变场不能是任意的，而必须满足圣维南相容约束。同样，在含有位错的介质中必须满足与实际位错网络一致的不相容性约束。这种约束可以被纳入基于应变的自由能泛函来研究位错对相稳定性的影响。我们提供了一个系统的分析，这个约束在三维空间，并显示如何三个不相容方程容纳任意的位错密度。这种方法允许通过最小化自由能来计算具有空间不均匀微观结构和位错分布的各向异性材料的内部应力场。通过计算刃型位错的应力场并与无限大各向同性介质中刃型位错的应力场进行比较，说明了这一点。我们概述了如何利用这个过程来研究的相互作用的塑性与极化和磁化。
2010-08-26 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
Mesoscale model of dislocation motion and crystal plasticity
基于相场描述，提出了一种一致的、小尺度的结晶固体塑性运动描述。通过允许由相场和晶格畸变给出的独立质量运动，固体可以在塑性运动的时间尺度上保持机械平衡。奇异（不相容）应变由相场确定，向相场添加平滑变形以满足机械平衡。数值实现的模型，并用于研究一个基准问题：在一个六角晶格的刃位错偶极子的运动。偶极间距的时间依赖性与经典弹性力学一致，没有任何可调参数。
2018-07-26 cond-mat.mtrl-sci
New Insights on Stacking Fault Behavior in Twin Induced Plasticity from Meta-Atom Molecular Dynamics Simulations
在新材料中，由于组织有序的孪晶晶界比无序晶界更有利于提高材料的强度和塑性，因此促进形变孪晶对材料塑性的影响越来越受到人们的关注。孪晶变形通常涉及堆垛层错的动力学、堆垛层错与位错的相互作用以及位错-孪晶界的相互作用.虽然后者已被深入研究，堆垛层错的动力学知之甚少。本文通过亚原子分子动力学模拟，对孪晶诱导塑性中的层错行为提出了新的认识：层错相互作用主要是自发发生的位错反应，不同于文献中提出的机制;产生单个层错、孪晶部分位错和拖尾部分位错之间的竞争依赖于唯一的参数，即堆垛层错能，这又决定了形变孪晶行为。复杂的孪晶滑移和孪晶-位错相互作用表明了形变孪晶作为位错阻挡层和储存层的双重作用，可能有助于像Tickel钢这样的新材料的高强度和高塑性，其中形变孪晶主导的塑性占极好的强度-塑性组合。
2016-04-03 cond-mat.mtrl-sci
Scale-bridging dislocation plasticity in MgO at room temperature
本研究通过机械播种位错密度，结合微柱和体相压缩实验及3D-DDD模拟，揭示了MgO在不同尺度下位错介导的塑性变形机制及显著的尺寸效应。
2025-11-04 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation dynamics and crystal plasticity in the phase field crystal model
介绍了一种晶体材料的相场模型，为研究位错运动引起的塑性流动提供了必要的理论框架。首先由相场自由能得到弹性应力，并证明它服从线弹性的应力应变关系。二维六角晶格中的位错在相场的振幅展开中表现为复合拓扑缺陷，拓扑电荷由Burgers矢量给出。这使我们能够引入一个正式的位错速度和相场的粗晶粒信封的演变之间的关系。相场晶体模型的标准耗散动力学示出，以确定位错的速度。当振幅方程成立时，我们导出了位错上的Peach-Koehler力，并计算了相应的缺陷迁移率。用二维相场晶体方程组的数值积分计算了位错偶极子的运动，与理论预测符合得很好。
2017-10-15 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation breakaway from nanoparticle array linear complexions: Plasticity mechanisms and strength scaling laws
本研究通过原子级建模和分子动力学模拟，揭示Ni-Al合金中纳米颗粒阵列线性络合物通过弓出与渐进脱钉机制影响位错挣脱，并提出不同于经典Orowan弓出的新强度标度律。
2023-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Dislocations and plasticity of KTaO$_3$ perovskite modeled with a new interatomic potential
本文提出新的KTaO3原子间势并模拟<110>位错，揭示其分解、核心结构、Peierls势及电荷中性偏好，结合高分辨电镜验证，确认KTaO3延展但比SrTiO3更刚硬。
2025-02-04 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
Dislocation transport and line length increase in averaged descriptions of dislocations
晶体塑性是位错运动和相互作用的结果。然而，微观和介观模拟和连续晶体塑性模型之间仍然存在很大的差距。直到最近才定义了一个更高维的位错密度张量，它克服了早期位错密度测量的一些缺点。这个张量的演化方程可以被认为是位错动力学的连续版本。我们使用这个演化方程发展的总位错密度和平均曲率，共同治理的位错运动学的忠实表示，而不必使用额外的维度的演化方程。
2010-10-14 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
On identifying dynamic length scales in crystal plasticity
该研究利用含与不含球形析出物的三维离散位错动力学模拟开展最弱环分析，揭示位错雪崩的动态长度尺度及其对晶体塑性连续介质建模的影响。
2024-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamic analysis of the Livermore molecular-dynamics simulations of dislocation-mediated plasticity
最近大规模的位错介导的固体塑性分子动力学模拟的结果与这些现象的统计热力学理论的预测是一致的。这些计算和理论分析是在实质上彼此一致的应变率依赖于稳定的塑性流动和瞬态应力峰值与初始小密度的位错的描述。数值模拟结果与基本理论的比较揭示了固体塑性的一些传统唯象描述的不一致性。
2018-05-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Enabling plastic co-deformation of disparate phases in a laser rapid solidified Sr-modified Al-Si eutectic through partial-dislocation-mediated-plasticity in Si
本研究通过激光快速凝固和Sr改性制备全共晶Al-Si，利用Si纳米纤维中部分位错介导塑性抑制开裂，实现高达26%塑性应变和约840 MPa强度的软硬相协同变形。
2023-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation pattern formation in finite deformation crystal plasticity
首次证明了有限变形晶体塑性中应力位错斑图形成的规律。在同一数学模型中也证明了尺寸效应。该模型在经典晶体塑性理论的基础上增加了两个额外的材料参数。所示的位错微观结构是从变形微观结构中分离出来的，并且在没有考虑与交叉滑移相关的潜在硬化或本构假设的情况下出现。晶体取向对斑图形成和机械响应的影响也被证明。显然无关的必要性的乘法分解的变形梯度，塑性变形张量，并选择一个参考配置在我们的模型来描述塑性的微观力学，因为它产生于位错的存在和运动是值得注意的。
2018-12-01 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
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
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
Understanding the mechanisms of electroplasticity from a crystal plasticity perspective
电塑性是指在电脉冲作用下，材料的流变应力降低的现象。电脉冲作用下材料流变应力的降低主要是由于焦耳热软化、顺磁障碍物对位错的脱钉扎以及电子风力对位错的作用。然而，有没有共识，在文献中的相对幅度的流动应力的减少，导致从这些机制。在本文中，我们扩展了位错密度为基础的晶体塑性模型，将电塑性的机制，并进行模拟，其中一个单一的电脉冲施加在压缩变形的多晶FCC材料与随机纹理。我们分析流动应力的减少，以了解电塑性的不同机制的相对重要性，并描绘它们对与电脉冲和位错运动相关的各种参数的依赖关系。我们的研究表明，流动应力的降低主要是由于顺磁障碍和焦耳加热的位错脱钉机制，其相对优势由对应于特定材料的晶体塑性参数的具体选择决定。
2019-06-19 cond-mat.mtrl-sci
Strain rate dependency of dislocation plasticity
位错滑移是一种普遍的变形方式，决定着金属的强度。通过离散位错动力学和分子动力学模拟，我们研究了应变率和位错密度的块状铜单晶强度的依赖性，使用192模拟跨越超过10个数量级的应变率和9个数量级的位错密度。基于这些大量的模拟和理论分析，材料强度，位错密度，应变速率和位错迁移率之间的一个新的解析关系提出，这是在目前的模拟以及与实验数据非常吻合。结果表明，材料强度是位错密度的非单调函数，随着位错密度的增加，材料强度呈现出先减小后增大的两种普遍规律。第一个政权是应变率硬化的结果，而第二个政权是由经典的泰勒森林硬化占主导地位。因此，强度普遍显示，作为应变率的函数，在低应变率下的速率无关制度（由森林硬化控制），然后在高应变率下的速率硬化制度（由应变率硬化控制）。所有的结果都可以通过一个缩放函数来捕获。最后，位错流的波动进行了分析的应变率依赖的位错段速度分布。研究发现，涨落受另一个普适标度函数支配，并在与速率无关的极限处发散，表明存在临界行为。目前的分析提供了一个全面的了解如何集体位错运动的内部弹性相互作用的位错之间的竞争，并在一个给定的外部施加的应变率驱动位错通量所需的应力。
2020-03-21 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
Statistical Analysis and Stochastic Dislocation-Based Modelling of Microplasticity
细观尺度下的塑性形变与宏观塑性变形有两个方面的不同：（1）小试样的流变应力取决于其尺寸;（2）塑性变形的离散性显著增加。在这项工作中，我们专注于可塑性的分散。我们统计特征的变形过程中的微柱张力使用离散位错动力学（DDD）模拟的结果。然后，我们提出了一个随机微塑性模型，它使用从上述统计表征提取的信息，使统计预测的微柱应力-应变曲线。该模型旨在将相互作用的位错的复杂动力学映射到涉及应力和应变的连续变量的随机过程上。因此，它结合了经典的连续描述的弹塑性问题的离散位错动力学的随机描述。我们比较了模型预测与基础DDD模拟，并概述了相同建模方法的潜在未来应用。
2015-03-07 cond-mat.mtrl-sci
Plasticity and Dislocation Dynamics in a Phase Field Crystal Model
采用相场晶体（PFC）模型研究了塑性流动中位错雪崩的临界动力学。在该模型中，通过对完美周期性基态施加剪切力，自然产生位错，而没有任何\textit{ad hoc}产生规则。这些位错相互扩散、相互作用和湮灭，形成雪崩事件。通过数据崩溃的事件能量概率密度函数为不同的剪切速率，连接到接口脱钉动力学确认。相关的临界指数同意平均场论的预测。
2010-06-11 cond-mat.mtrl-sci nlin.PS
A unification of finite deformation $J_2$ Von-Mises plasticity and quantitative dislocation mechanics
我们提出了一个框架，它统一了经典的唯象$J_2$和晶体塑性理论与定量位错力学。该理论允许任意位错分布的应力场的计算，再加上最小修改的经典（$J_2$和晶体塑性）模型的统计位错的塑性应变率，结果在一个通用的有限变形细观塑性模型。我们通过解决两个突出的挑战性问题来证明框架的一些能力：1）恢复实验观察到的幂律标度的应力-应变行为在薄金属薄膜的约束简单剪切从微柱实验推断，所有应变梯度塑性模型高估和未能预测; 2）预测代表有限体中逐渐密集的位错壁的位错分布序列的有限变形应力和能量密度场，如当宏观地观察时可能在结晶化过程中出现的，一个结果是证明了基于$\mathrmΓ$收敛的当前数学结果对于这种物理相关情况的不适用性。在这种情况下，我们的计算揭示了一个可能的“相变”的行为，为进一步的理论研究。我们还提供了一个定量的解决方案，在有限变形理论中的位错引起的体积变化的基本问题，以及显示大规模的非唯一性的解决方案的（逆）变形映射的一个机构固有的模型的有限应变位错力学，当接近作为一个问题，在经典的有限弹性。
2020-04-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Density-based crystal plasticity : from the discrete to the continuum
由于位错动力学涉及的时间和空间尺度的巨大范围，在宏观尺度上的塑性建模需要一个连续的公式。在本文中，我们提出了一个严格的配方之间的过渡离散，其中塑性流动是解决在规模的个别位错，和连续，其中位错的密度表示。首先，我们专注于基本的粗粒化过程，并表明新兴的相关引起的应力是尺度相关的。这些应力中的每一个都可以扩展为两个分量之和。第一个取决于位错密度的局部值，并且总是与所施加的应力和由几何必要位错（GND）密度产生的长程平均场应力的总和相反;该应力充当摩擦应力。第二分量取决于位错密度的局部梯度，并且固有地与弹性域的平移相关联;因此，它充当背应力。我们还表明，这些摩擦和背应力包含的位错破裂组件，使当地所经历的应力取决于他们的伯格斯矢量的符号。
2016-02-28 cond-mat.mtrl-sci
$ρ$-CP: Open Source Dislocation Density Based Crystal Plasticity Framework for Simulating Temperature- and Strain Rate-Dependent Deformation
本文提出开源的基于位错密度晶体塑性框架$ρ$-CP，采用Kocks型热激活流动和内状态变量描述温度与应变率效应，集成于MOOSE求解器，成功预测了多种晶体结构金属的复杂力学行为与微结构演化。
2023-03-30 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
A continuum approach to combined $γ/γ'$ evolution and dislocation plasticity in Nickel-based superalloys
单晶镍基高温合金的蠕变是近几十年来研究的热点问题，而现在的模拟方法越来越能够对实验进行补充。在这些合金中，$γ/γ'$相微观结构与负载下的位错系统共同演化，并且理解相互作用对于理解所得蠕变性质是必不可少的。因此，预测建模需要能够建模和模拟相和缺陷微观结构的多物理场框架。要做到这一点，我们制定了一个耦合模型相场演化和连续位错动力学，充分占统计存储和几何必要的位错。模拟的$γ/γ'$相微观结构与四个$γ'$变体和共同发展的位错微观结构被发现是在良好的协议与实验观察。蠕变应变曲线作为微观结构演化方程的自然副产品而获得，而不需要额外的参数拟合。我们进行模拟的$γ/γ'$演化为不同的位错密度，并建立微观结构演化的驱动力，通过详细分析不同的贡献的弹性和化学能量密度的变化。连同模拟和实验蠕变曲线之间的比较，这项调查揭示了控制的机制，定向粗化（筏）的过程中，并表明，筏动力学显着依赖于位错微观结构的特性。除了在恒定载荷下进行筏运外，我们还研究了载荷条件变化的影响，并探索了通过沿不同的载荷路径进行预筏运来改善蠕变性能的可能性。
2017-02-08 cond-mat.mtrl-sci
Probing the ultimate limits of metal plasticity
除了高强度，塑性是使金属在我们的材料世界中如此广泛使用的原因。金属的强度和塑性都是由位错的运动来定义的，位错是晶格中的线缺陷，它将原子平面的区域划分为原子间距离。在这里，我们提出了第一个完全动态的原子模拟金属钽单晶塑性预测，超过一定的最大应变率-极限-位错不能再减轻机械负荷和另一种机制，孪生，发挥作用，并接管作为主导模式的动态响应。当应变速率低于极限时，金属达到与路径无关的塑性流动稳定状态，只要应变条件保持不变，流动应力和位错密度都无限期地保持恒定。在这种独特的状态下，钽像粘性流体一样流动，同时仍然保持坚固和坚硬的金属。
2016-04-21 cond-mat.mtrl-sci
Pattern formation in a minimal model of continuum dislocation plasticity
非均匀位错花样的自发出现是结晶固体塑性形变和应变硬化的一个显著特征。尽管在缺陷社区的材料科学和物理学方面进行了长期的努力，但是关于导致位错图案形成的物理机制还没有普遍的共识。为了建立基本的机制，我们制定了一个非常简化的，极小模型，以调查的形成模式的基础上连续理论的流量弯曲位错。我们表明，应变硬化体现在泰勒型位错密度的流动应力的依赖性，结合结构的运动方程，支配位错运动的作用下的外部应力，已经足够的位错图案的形成是一致的相似原理。
2015-05-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Size effects and idealized dislocation microstructure at small scales: predictions of a phenomenological model of Mesoscopic Field Dislocation Mechanics: Part II
本文的第一部分建立了一个细观塑性模型，用于研究小尺度塑性问题的初边值问题。在这里，我们定性，有限元方法为基础的计算预测的理论。我们证明了尺寸效应和发展的强不均匀性，在简单的剪切塑性约束颗粒。分析了弹性应变中的非局域性导致的强包辛格效应。研究了PMFDM的时间相关、空间齐次、简单剪切解的稳定性。从热循环的小规模梁/膜与不同程度的约束塑性流动的结果显示尺寸效应和倒数膜厚度缩放的位错密度边界层宽度。
2005-10-05 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation mediated plastic flow in aluminum: comparison between theory and experiment
由Langer、Bouchbinder和Lookman提出的位错介导塑性流动理论被应用于计算铝和铝合金在很宽的温度和应变速率范围内的应力-应变曲线。与实验结果的比较表明，良好的协议。
2017-02-05 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation-mediated and twinning-induced plasticity of CoCrFeMnNi in varying tribological loading scenarios
粗晶金属材料在摩擦学加载期间经历微观结构细化。这反过来又会导致摩擦学特性的变化，因此在设计摩擦学系统时，必须了解摩擦载荷下的变形。进行了单轨迹实验，以了解在各种摩擦学系统中的变形机制的启动。本工作的主要范围是调查法向力和摩擦力以及晶体取向的影响，在面心立方浓缩固溶体的主要变形机制。虽然很容易实现改变法向力，但通过使用与CoCrFeMnNi配对的几种配对体材料来实现改变摩擦力。亚表面变形层是通过位错滑移或孪生介导的，这取决于晶粒取向和摩擦学系统。以位错为基础的变形为主的层的特征在于晶格旋转、位错迹线的形成或亚晶粒形成。在低摩擦系数的摩擦学系统中观察到这种行为。对于以形变孪晶为主的系统，观察到三种类型的孪晶外观：与表面相互作用的小孪晶，大孪晶和具有两个活动孪晶系统的晶粒。两种不同的孪生机制进行了讨论，负责这些特性。
2021-11-12 cond-mat.mtrl-sci
