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
Simulation of the Hall-Petch effect in FCC polycrystals by means of strain gradient crystal plasticity and FFT homogenization
晶粒尺寸对各种FCC多晶体（Cu，Al，Ag和Ni）的流动应力的影响进行了分析，通过计算均匀化的一个代表性的体积元素的微观结构，使用FFT方法结合应变梯度晶体塑性模型。利用傅立叶空间中旋度运算得到的Nye张量，计算了不同晶体间塑性形变不相容性所导致的几何必需位错密度。模拟结果与Cu、Al、Ag和Ni多晶体的实验数据（晶粒尺寸> 20 μ m且应变< 5%）吻合良好，并且为Al和Ni中晶界提供的比Cu和Ag更高的强化提供了物理解释。研究表明，FFT与应变梯度晶体塑性相结合，可以用来包括晶界的多晶体的机械行为的影响，使用现实的微观结构的代表性体积元素。
2019-10-04 cond-mat.mtrl-sci
On fracture in finite strain gradient plasticity
在这项工作中，损伤和断裂评估的一般框架，包括应变梯度的影响。采用有限变形理论对基于力学和唯象的应变梯度塑性（SGP）理论进行了数值模拟，并对裂纹尖端场进行了研究。在连续SGP建模的两种方法之间的差异和相似之处突出和讨论。局部应变硬化促进的几何必要位错（GNDs）在裂纹附近导致更高的应力，相对于经典的塑性预测。当考虑到大应变时，由于应变梯度对材料加工硬化的贡献，这些差异显著增加。在裂纹尖端的应力升高的幅度和距离的裂纹，GNDs显着改变应力分布的量化。SGP占主导地位的区域延伸超过有意义的物理长度，可以拥抱几种损伤机制的临界距离，特别是氢辅助开裂模型。一个重要的作用，一定的长度参数观察到的多参数版本的唯象SGP理论。由于这也占主导地位的力学压痕测试，结果表明，长度参数特性的模式I断裂应推断从纳米压痕。
2017-11-03 cond-mat.mtrl-sci
A multiplicative finite strain crystal plasticity formulation based on additive elastic corrector rates: Theory and numerical implementation
连续塑性模型的目的是有效地预测结构超过其弹性限度的行为。多尺度材料科学模型，其中包括晶体塑性模型，其目的是了解材料的行为，并为给定的目标设计材料。目前成功的连续超弹塑性模型是基于晶体塑性的乘法分解，但这两种方法的计算框架仍然存在显着差异，比较不简单。在以前的工作中，我们提出了一个理论乘法连续弹塑性解决了许多长期存在的问题，保持吸引人的结构添加剂无穷小威尔金斯算法。在这项工作中，我们将理论扩展到晶体塑性。我们证明了晶体塑性的新公式是平行的，可以与连续塑性相比较，保留了框架的吸引人的方面：（1）运动学的简单性，达到与无穷小框架的平行性;（2）非常大的弹性应变和无限制类型的超弹性行为的可能性;（3）连续体理论的直接纯向后欧拉算法实现，避免了算法驱动的指数映射，但保持了等容流;（4）公式中没有Mandel型应力;（5）由于使用了弹性校正率的流动法则，因此具有客观性和构造的弱不变性。我们比较了我们的晶体塑性配方与经典配方Kalidindi和Anand的基础上二次应变和指数映射更新的塑性形变梯度的结果。
2020-12-16 cond-mat.mtrl-sci
Crystal Plasticity for Dynamic Loading at High Pressures and Strains
本文提出了一种晶体塑性理论，用于模拟在高压力和高应变率下的动态加载。在体积模量量级的压力下，可以引起压缩o（100%）。在应变速率为o（10^9）/s或更高时，弹性应变可能达到o（10%），这可能会显著改变滑移系相对于应力场的取向。弹性应变而不是应力被用来定义的本地状态，提供了一个更直接的连接与电子结构的预测和一致性的处理压缩在连续动力学中的初始值问题。通过显式滑移系处理塑性流动，每个系统上的流动都是由热激活的随机跳跃引起的，并由解析应力偏置。与简单的Arrhenius率相比，有偏随机跳跃引起塑性应变率作为温度和压力的函数的显着差异，并提供了一个无缝过渡到材料的极限理论强度。该理论的行为进行了研究的物质与近似属性的Ta，证明了高压，高应变率的贡献的重要性。
2008-04-10 cond-mat.mtrl-sci
Predictive Crystal Plasticity Modeling of Single Crystal Nickel Based on First-Principles Calculations
为了减少晶体塑性有限元法（CPFEM）对实验拟合数据的依赖，提出了一种基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算结合预测纯Ni单晶应变硬化行为的方法.通过Peierls-Nabarro方程使用通过基于DFT的方法计算的理想剪切强度和弹性性质来评估流动阻力，其中硬化行为通过在第一性原理计算中对超晶胞施加应变来建模。单独考虑，纯刃位错的弹性相互作用捕获硬化行为的小应变单滑移系统。对于较大的应变，硬化是通过边缘和螺杆流动阻力分量的应变加权线性组合来捕获的。在本框架中未预测组合率，但通过多个加载方向的大应变（~0.4）与实验的一致性表明，通过结合介观物理学的分析模型，可以实现更具有预测性的晶体塑性建模。
2022-01-17 cond-mat.mtrl-sci
Thermo-visco-plasticity under high strain rates: a micro-inertia driven dynamic flow rule
基于理性热力学原理，提出了各向同性多晶材料在高应变率下的应变梯度热粘塑性理论。由于动态演变的微观结构缺陷而产生的微观惯性效应通过微观力平衡作用于宏观连续体。耗散微应力的本构建模采用弛豫时间参数来解释耗散通量在达到稳定状态时的时间滞后。增强的微观力平衡与本构关系的微观应力产生一个非局部的流动规则，反映了微观惯性的塑性应变的演变的影响。提供了一个一致的推导温度演变，从而取代经验的路线。数值实现的建议不需要计算密集型返回映射算法。采用两块4340钢板碰撞的二维平面应变模型，数值模拟了微惯性和弛豫时间参数以及不同长度尺度对宏观连续响应的影响。
2016-01-27 cond-mat.mtrl-sci
A Thermoelastoplastic Material Model for Finite-Strain Cyclic Plasticity of Metals
在本文中，我们提出了一个一致的材料模型，它是能够模拟韧性材料在高应变率下变形的韧性到脆性的失效模式转变，并证明了该模型的性能在数值研究中使用一个完全耦合的热-结构有限元分析的缺口铝合金试样加载在循环拉伸。该模型是基于一个客观的表示的变形和应力的措施和率型本构方程。它不仅符合材料建模的原则，而且在返回映射过程中使用本构方程、演化方程甚至“正态性规则”，这些规则可以用幂共轭应力和应变测量或其目标速率来表示。
2017-09-15 cond-mat.mtrl-sci
Understanding the Strain-Dependent Dielectric Behavior of Carbon Black Reinforced Natural Rubber: An interfacial or bulk phenomenon?
填料-聚合物相互作用是理解聚合物复合材料物理性能的关键之一。这些相互作用产生了一个特定的属性，可能有一个非平凡的复合材料的宏观性能的影响界面。在纳米尺度上直接测量界面性质通常是不可能的。因此，界面特性通常使用计算模型从本体响应反算。然而，如果该模型不考虑填料分散的形态，则结果可能是误导性的。最近已经发现，炭黑填充的天然橡胶膜的介电响应可以在拉伸时显著改变[Huang，Macromolecules 49，2339（2016）]。在本文中，我们将表明，这种现象可以在很大程度上解释的填料簇连接由于应变的变化，可能不是由界面相互作用的变化。为了支持这一论点，在测量的频率范围内的复合材料的极化机制进行了分析，并开发了数值模型，以虚拟地再现作为应变的函数的物理现象。结果表明，材料的介电常数与应变呈幂律关系，与实验结果吻合较好。
2016-09-29 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
Finite strain constitutive modeling for shape memory alloys considering transformation-induced plasticity and two-way shape memory effect
本文提出了一个考虑相变诱发塑性（TRIP）和双向形状记忆效应（TWSME）的记忆合金三维大变形本构模型。所提出的对数应变为基础的模型是能够捕捉大的应变和旋转下一般的热机械循环SMA表现出。通过使用马氏体体积分数，相变应变，内应力，和TRIP应变张量作为内部状态变量，该模型能够捕获应力依赖的TRIP生成时，SMA受到多轴应力状态，以及TWSME的热机械训练SMA在无载荷条件下。通过一个用户定义的材料子程序的有限元框架内，允许解决不同的边界值问题（BVP）的建议模型的详细实施过程。文中还对模型参数的标定以及连续介质切线刚度矩阵的推导进行了详细的说明。最后，模拟循环伪弹性和驱动响应的SMA材料系统的单轴和多轴应力状态下的广泛的模型与实验结果进行比较，以验证所提出的建模能力。
2020-01-13 cond-mat.mtrl-sci
Determining large-strain metal plasticity parameters using in-situ measurements of plastic flow past a wedge
本文提出一种基于楔形塑性流动原位测量、高速摄影与图像测速的金属大应变塑性参数确定方法，通过最小化内外塑性功差距的迭代优化和参数化方案实现唯一识别，并在铜和无铅焊料上验证了其有效性。
2023-06-13 cond-mat.mtrl-sci
Gradient-enhanced statistical analysis of cleavage fracture
我们提出了一个脆性断裂的概率框架，建立在威布尔统计和应变梯度塑性。本构响应由基于机制的应变梯度塑性理论给出，旨在通过考虑塑性应变梯度在提升裂纹前局部强化中的作用来准确表征裂纹尖端应力。它示出的梯度的塑性应变提高威布尔应力和故障的概率为一个给定的选择的阈值应力和威布尔参数。提出的统计框架是用来估计在铁素体钢的温度故障概率。该框架有能力估计三个统计参数存在于威布尔型模型，而无需任何事先假设。对实验数据的校准表明，应变梯度塑性和传统的J2塑性获得的值的重要差异。此外，局部概率图表明，潜在的损伤萌生点更接近裂纹尖端的情况下，梯度增强塑性。最后，通过计算随温度升高的解理阻力曲线，研究了整个韧脆区的断裂响应。梯度塑性预测似乎显示出更好的协议与实验。
2019-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Numerical Investigations of Strain-Gradient Plasticity with Reference to Non-Homogeneous Deformations
本文研究了小应变区的高阶无旋应变梯度塑性理论。一个详细的数值研究是基于简单的剪切问题的非均匀块，包括弹塑性材料与刚性？弹性夹杂微硬和微自由边界条件的组合使用。的强化和硬化行为的耗散和能量的长度尺度的关系进行了探讨。通过施加微硬边界条件，对长度尺度有很强的依赖性。对于微观自由条件有显着的初始屈服耗散长度尺度的依赖性，虽然在屈服后制度的差异很小。在硬化行为的情况下，能量长度尺度的变化可以忽略不计。数值研究的另一个现象与耗散问题屈服函数的全局性质有关;该函数作为塑性应变增量函数的最小上界给出，并且不能解析地确定。的精度上限近似的屈服函数进行了探讨，并发现在其预测的初始产量是合理的尖锐。
2019-01-11 cond-mat.mtrl-sci
A thermodynamically consistent theory of stress-gradient plasticity
作为尺寸相关塑性行为的应变梯度模型的扩展，这项工作提出了一个应力梯度理论模型。该模型是区别于早期的作品的主题，它被嵌入在一个物理上一致的框架。的发展是在单晶塑性的背景下进行的，并借鉴了单晶常规和应变梯度塑性的物理一致的模型。该模型的数值探索使用的例子，包括面心立方晶体的细导线的扭转，其行为相比，基于最近的不平衡密度模型的尺寸依赖塑性。
2020-11-30 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
A Finite Strain Constitutive Model Considering Transformation Induced Plasticity for Shape Memory Alloys under Cyclic Loading
记忆合金（SMA）的许多工程应用涉及多次来回通过相变。重复相变产生永久变形，该永久变形源自相变在马氏体-马氏体界面和晶界处诱导的显著变形。这种变形驱动位错活动，导致可观察到的宏观相变诱导塑性（TRIP）变形，其发生在远低于材料塑性屈服极限的有效应力水平下。在SMA部件的使用寿命期间，TRIP应变可能累积高达20%，因此需要有限应变本构模型来模拟其响应。在这项工作中，一个3-D有限应变模型的基础上开发的对数应变，这是唯一的应变措施，其速率等于拉伸，描述相变和TRIP变形在一个物理一致的设置。该模型通过用户定义的材料子程序（UMAT）在Abaqus有限元软件中实现。边界值问题，如条和扭矩管下的伪弹性和驱动循环载荷进行测试的能力，新提出的模型。
2018-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Plasticity, localization, and damage in ferritic-pearlitic steel studied by nanoscale digital image correlation
铁素体-珠光体钢的变形从塑性到局部化再到损伤的演变是通过纳米分辨率显微组织相关的SEM-DIC（u-DIC）应变映射进行研究的，该映射通过高度精确的显微组织-应变对准实现。我们揭示了铁素体和珠光体的关键塑性机制，以及它们演变成局部化和损伤及其与显微组织排列的关系。值得注意的是，确定了两种对比机制，其控制珠光体中是否发生损伤引发，并且通过铁素体晶粒中局部化热点的连接，可能导致宏观断裂：（i）由于附近铁素体中应变集中的累积，珠光体片层的脆性断裂使具有相对干净的片层结构的珠光体桥开裂，相对于（ii）在珠光体桥中没有损伤的大塑性，具有更“开放”的混乱珠光体形态，这使得层间铁素体通道中的塑性渗流路径成为可能。基于这些见解，建议抗损伤铁素体-珠光体钢。
2021-10-18 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
A strengthening model of particle-matrix interaction based on an axisymmetric strain gradient plasticity analysis
细颗粒沉淀到金属基材中是一种有效的强化机制。这是一个连续的框架内的高阶应变梯度塑性理论的基础上，并通过使用轴对称单胞模型进行数值分析。该晶胞包含球形颗粒，该球形颗粒对非弹性变形有弹性并且嵌入均匀基质材料中。具有特殊特征的界面将颗粒与基体分离，对整体强化起着关键作用。基于一个系统的参数研究的封闭形式的关系推导和提出的总屈服应力的增加。该关系限于含有弹性颗粒的材料，所述弹性颗粒的间距小于材料长度尺度并且体积分数小于10 $\%$。如果满足这些条件，则材料中的塑性应变场在颗粒间距尺度上变得基本恒定。的解决方案的字符表明，这一结果是普遍的，尽管简单的单胞中采用的参数研究。从封闭形式的关系的预测与发表的实验结果进行了比较，并观察到在一些金属基复合材料和合金良好的协议。阐明了颗粒和基体之间的弹性模量失配的影响，并讨论了对屈服后应变硬化的影响。
2021-06-15 cond-mat.mtrl-sci
A concept of polymeric networks with sliding junctions for the time-dependent response of filled elastomers
本文推导了颗粒增强弹性体在有限应变等温加载下随时间变化的本构方程。橡胶状聚合物被建模为大分子的网络桥接的结可以相对于应变下的散装材料滑动。填充弹性体被认为是一个集合的介观区域，其中滑动发生不同的速率。应用热力学热力学定律建立了颗粒增强橡胶的应力-应变关系。对于拉伸松弛试验，这些方程的特点是由三个可调参数。为了确定实验常数，进行三个系列的松弛试验的纵向应变范围从100至250%。通过对实验数据的拟合，分析了预加载和热恢复对炭黑增强天然橡胶非线性粘弹性响应的影响。
2001-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Energy harvesting from coupled bending-twisting oscillations in carbon-fibre reinforced polymer laminates
共振收集结构（例如压电悬臂梁）的能量收集能力可以通过利用产生有利的应变模式分布的耦合振荡来提高。在这项工作中，我们提出了使用层压碳纤维增强聚合物的第一个示范，以创建悬臂梁进行耦合弯曲-扭转振荡能量收集应用。在弯曲和剪切模式下操作的压电层在第一振动模式下的最大弯曲和扭转应变的位置处附接到弯扭耦合梁表面，以充分利用沿梁的应变分布。这种新的弯曲扭转收获系统的建模，这与实验结果相比，有利。证明了收割机的各种弯曲和扭转模式可以用于创建在更宽的频率范围内操作的收割机，并且这种多模态设备架构提供了一种独特的方法来调谐共振收割系统的频率响应。
2019-02-01 cond-mat.mtrl-sci
Validity of crystal plasticity models near grain boundaries: a contribution of elastic strain measurements at the micron scale
同步辐射劳厄显微衍射和数字图像相关测量相结合，跟踪弹性应变场（或应力场）和总应变场附近的一般晶界弯曲双晶体。采用四点弯曲装置对316L不锈钢双晶体进行了原位弹塑性变形。然后使用具有晶体塑性模型的有限元模拟该测试，该晶体塑性模型包括内部变量（离散滑移系统上的位错密度）。该模型的预测进行了比较，总应变场和弹性应变场实验获得。虽然激活滑移系和总应变预测合理，弹性应变出现高估旁边的晶界。这表明，传统的晶体塑性模型需要改进，以正确地模拟应力在晶界。
2019-11-04 cond-mat.mtrl-sci physics.class-ph
Experimental and Numerical Analysis of Strain Gradient in Tensile Concrete Prisms Reinforced with Multiple Bars
本文工作是钢筋混凝土受拉构件变形性能研究的继续。以往的研究表明，多筋构件的变形性能与传统的中心配筋棱柱体构件有本质的不同。后者的布局，虽然典型的实验室标本，不能代表规范的结构在现实生活中。因此，一个新的测试方法来研究应变分布在混凝土棱柱形构件与多钢筋受到轴向拉伸。棱柱形混凝土试件与不同的钢筋配置制作和测试使用建议的设置。试样的变形行为与严格的有限元分析定制设计的债券建模方法建模。据透露，混凝土的平均变形可能是不同的平均变形的钢材的流行的方法，并依赖于钢筋配置。因此，在合理设计结构构件时，应充分考虑混凝土的受拉效率。这项研究赞同有前途的能力，有限元技术作为一种通用的分析工具，其全部潜力是随着计算机硬件的出现。
2019-06-01 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Effective-Temperature Induced Shear Banding in the Shear-Transformation-Zone Theory of Plasticity
本文探讨了稳定性的剪切转变区（STZ）塑性理论的总STZ人口是由一个有效的温度，并将其与金属玻璃的实验结果进行了比较。特别是，除了有效的温度动力学的剪切转变区理论导致存在的应变率范围内的应变局部化到剪切带。然而，虽然稳态的结果定性同意，系统的动态不稳定性，而加载开始更好地描述了实验观察。
2006-08-21 cond-mat.mtrl-sci
Sensitivity of grain-averaged elastic strain and orientation predictions on the mesh density and boundary conditions in crystal plasticity finite element simulations
The University of Alabama（阿拉巴马大学）；Mines Saint-Etienne（圣艾蒂安国立高等矿业学校）；The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）
研究探讨了在晶体塑性有限元模拟中，网格密度和边界条件对晶粒平均弹性应变和取向预测的敏感性，发现需平均250个单元/晶粒和至少三个晶粒缓冲层以确保准确预测。
2026-02-06 cond-mat.mtrl-sci
Ductile fracture modeling by phase field, Hencky strain elasticity and finite J2 plasticity using nonlocal operator method
采用非局部算子法建立了考虑Hencky应变和有限J2塑性的韧性断裂相场模型。用相场模型对有限应变下的J2塑性问题进行了变分推导。该方法包括对数应变张量和指数映射的塑性演化。实现了一种基于谱分解的复合矩阵函数一阶和二阶导数的计算算法。一致的切线刚度矩阵推导并用于牛顿-拉夫森迭代。数值算例验证了该方法的有效性，包括单边缺口板的脆性断裂和韧性断裂，以及杆的颈缩问题。
2023-02-07 cond-mat.mtrl-sci cs.NA math.NA
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
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
Crystal plasticity simulation of the effect of grain size on the fatigue behavior of polycrystalline Inconel 718
基于微观结构的模型，考虑晶粒尺寸的影响，已被开发用于研究晶粒尺寸对Inconel 718合金疲劳寿命的影响。通过在400 $^\circ$ C温度下进行完全反向变形（$R_\varepsilon$ = -1）的单轴循环变形试验，测定了两种不同晶粒尺寸合金的低周疲劳行为。该模型的基础上确定的疲劳指标参数（基于局部晶体应变能耗散每个周期）通过计算均匀化的一个代表性的体积元素的微观结构。单晶内的多晶的机械响应进行建模，通过一个现象学晶体塑性模型，该模型被修改，以考虑晶粒尺寸的单调和循环硬化/软化机制的影响。通过细晶材料的实验测试，标定了基于微观结构的裂纹萌生模型参数。疲劳模拟的结果与实验结果在循环应力-应变曲线和疲劳裂纹萌生的循环次数方面吻合得很好。该模型没有显示出任何晶粒尺寸对疲劳寿命的最大循环应变范围的影响，而预测的疲劳寿命预测是相当长的情况下，细晶粒尺寸的微观结构的最低应变范围，在定量协议与实验数据。这些差异是由于在大循环应变范围内的均匀塑性形变和在低循环应变范围内的几个晶粒中的局部塑性之间的变形模式的变化。
2018-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Average yielding and weakest link statistics in micron-scale plasticity
大尺度单晶材料通过大的间歇性应变突发塑性变形，这使得变形过程不可预测。在这里，我们调查这种随机现象，通过分析的塑性反应的标本不同的只是在初始排列的位错的合奏。我们采用离散位错动力学模拟和微压缩测试相同制造的铜单晶微柱。我们发现，一个特征屈服应力可以定义在平均意义上为一个给定的试样合奏，其中的平均值和方差的塑性应变开始显着增加。此外，在所有研究的情况下，在一个给定的应变应力值遵循Weibull分布与类似的Weibull指数，这表明，位错介导的塑性屈服的特征在于由一个潜在的最弱环节的现象。发现这些结果不依赖于实际设置的细节，而是，它们代表了微米级塑性的一般特征。
2013-05-27 cond-mat.mtrl-sci
Lattice modelling of corrosion induced cracking and bond in reinforced concrete
采用格点法来描述锈蚀钢筋、周围混凝土以及钢筋与混凝土界面的力学相互作用。带肋钢筋的横截面被认为是圆形的，假设变形钢筋的肋和周围混凝土的相互作用可以通过帽塑性界面模型来捕获。膨胀腐蚀过程由形成混凝土和钢筋之间的界面的网格单元中的本征应变表示。分析了几种不同腐蚀程度的拉拔试验。数值结果与文献中报道的实验进行了比较。研究了混凝土性能的影响。建议的晶格方法提供了深入了解腐蚀引起的开裂及其对粘结强度的影响。
2011-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Strain gradient plasticity-based modeling of hydrogen environment assisted cracking
通过对钝裂纹尖端应力的有限元分析，强调有限应变和基于唯象和机理的应变梯度塑性（SGP）公式，结合对封闭裂纹尖端氢（H）溶解度的电化学评估和两个H-脱粘模型，预测氢环境辅助裂纹扩展特性。SGP提高了裂纹尖端的几何必要位错密度和流动应力，随着合金强度的增加而降低。升高的静水应力促进裂纹尖端损伤的高捕获的H浓度，它是必须考虑SGP在H开裂模型。阈值应力强度因子和H-扩散限制的第II阶段裂纹扩展速率的预测同意与实验数据的高强度奥氏体Ni-Cu高温合金（蒙乃尔K-500）和两个现代超高强度马氏体钢（AerMet 100和Ferrium M54）强调在0.6 M NaCl溶液中施加的电位范围内。对于Monel K-500，使用经典公式或梯度修正公式可以准确预测KTH与阴极电位的关系;但是，第二阶段的增长速率最好通过裂纹尖端应力的SGP描述来预测，该描述证明了1 μm的临界距离是合理的。对于钢，阈值和增长率最好使用高静水应力，超过6至8倍的合金屈服强度，并延伸到裂纹尖端前1 μm。这种应力几乎实现了三长度的现象学SGP配方，但额外的应力增强是必要的，可能是由于尖端的几何形状或滑移微观结构。
2017-11-16 cond-mat.mtrl-sci
A numerical study of the effect of discretization methods on the crystal plasticity finite element method
本报告描述了晶体塑性有限元（CPFE）建模的大数据数值研究，使用静态和基于晶粒的网格，以调查结果对离散化方法的依赖性。静态网格是指微观结构的基于积分点的表示，其中有限元内的积分点（IP）可能属于不同的晶粒，而在基于晶粒的网格中，最小离散单元是可能仅属于一个晶粒的单元。采用商业有限元软件Abaqus中的UMAT子程序对晶体塑性本构关系进行了编码。在应变控制加载和周期性边界条件下研究了多组RVE。比较了静态网格和基于颗粒的网格RVE得到的应力和应变等值线图。模拟结果表明，这两种离散方法提供了可靠的预测的应力-应变曲线和应力/应变局部化点的多晶合金。静态网格趋于平滑晶界处的应力/应变分布，而基于晶粒的网格结果中存在应力/应变不连续性。当RVE内的颗粒数量从34增加到1250时，上述发现仍然有效。为了量化静态网格划分和基于颗粒的网格划分之间的差异，定义了偏差的相对度量。整体应力的偏差相对较小，在0.5%以内，而局部偏差高达50%。静态网格的优点是减少了预处理过程和计算时间相比，基于颗粒的网格。它的结论是，静态网格是首选时，调查材料的宏观行为，而基于颗粒的网格，建议使用CPFEM的局部响应的研究。
2023-01-31 cond-mat.mtrl-sci
Critical behavior and size dependence in dislocation plasticity
微晶的变形与其宏观对应物非常不同，表现出尺寸依赖性屈服应力和间歇性塑性应变爆发。在这里，我们表明，尺寸效应和应变爆发可能只是两个不同的签名的基本集体现象，支配所有尺度上的位错系统的动力学。我们证实了这一猜想，通过展示压缩微柱的2D和3D位错动力学模拟和实验结果之间的协议。我们的研究结果表明，小样本塑性的许多特点可能会出现集体位错动力学的有限尺寸标度属性，而不是从物理机制的变化，位错运动。
2012-04-03 cond-mat.mtrl-sci
Multi-directional behavior of granular materials and its relation to incremental elasto-plasticity
用多向加载探针研究了颗粒材料的复杂增量行为。采用先进的离散元模型（DEM）研究了初始单调轴对称三轴加载条件下，小载荷探头的可逆和不可逆应变。该模型使用非凸非球形粒子和一个精确的实现赫兹类Cattaneo-Mindlin模型的接触相互作用。在研究中使用了直线真三轴探头（即，无直接剪切应变或主应力旋转），小应变增量为$2\times 10^{-6}$。可逆响应是线性的，但表现出高度的刚度各向异性。然而，不可逆行为在几个方面偏离了经典的弹塑性。在应力增量的各个方向（加载、卸载、横向加载等）都发生了少量的不可逆应变和接触滑移，证明了弹性域（如果存在的话）小于模拟中使用的应变增量。不可逆应变发生在与主屈服面相切的方向上，且不可逆应变的方向随应力增量的方向而变化。对于偏π平面内的应力增量，不可逆响应具有圆角，这是多种塑性机制的证据。在这些圆角处的响应作为应力方向的函数以连续的方式变化。结果置于高级弹塑性模型的背景下：多机制塑性和切向塑性。虽然这些模型是对传统弹塑性模型的改进，但它们并不完全符合模拟结果。
2018-07-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Analysis of some basic approaches to finite strain elasto-plasticity in view of reference change
Technische Universität Chemnitz（德国化学nitz工业大学）
本文比较了有限应变弹塑性中几种基本方法的弱不变性，分析了其在参考变换下的不变性特性，揭示了其与构成本体假设的关系。
2014-08-20 cond-mat.mtrl-sci cs.NA math.NA
Strain Hardening of Polymer Glasses: Entanglements, Energetics, and Plasticity
模拟被用来研究聚合物玻璃中应变硬化的微观起源。虽然在很宽的温度范围内的应力-应变曲线可以拟合熵网络模型预测的函数形式，但许多其他结果与这些模型的物理图像根本不一致。应力太大而不能成为熵，并且与温度有错误的趋势。在大应变下，最引人注目的硬化反映了能量的增加，因为链在纠缠之间被拉紧，而不是熵的变化。当加热到玻璃化转变温度以上时，只有在变形样品的形状恢复过程中才观察到弱的熵应力。虽然短链不形成缠结网络，但它们表现出部分形状恢复、取向和应变硬化。所有链长的应力崩溃时，对链拉伸的微观措施，而不是宏观拉伸绘制。热对应力的贡献与通过链间键的断裂和重整测量的塑性速率成正比。这些观察结果表明，应变硬化的正确微观理论应该基于玻璃态物理学，而不是橡胶弹性。
2008-01-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Structuro-elasto-plasticity (StEP) model for plasticity in disordered solids
用于固体对变形的响应的弹塑性格构模型通常仅通过分配给每个站点的局部屈服应变隐式地包含结构。然而，局部屈服应变可以响应于系统中的附近甚至远处的塑性事件而改变。这种相互作用是理解雪崩等现象的关键，在雪崩中，一个塑性事件可以触发另一个塑性事件，导致一连串事件，但通常在弹塑性模型中被忽略。为了包括相互作用，可以计算给定颗粒系统的局部屈服应变并跟踪其演变，但这是昂贵的，并且需要颗粒相互作用的知识，这通常很难从实验中提取。相反，我们引入了一个结构量“柔软度”，它是使用机器学习获得的，与即将发生的塑料重排相关。我们发现，柔软度也与局部屈服应变。我们将柔软度构建一个“结构弹塑性”模型，再现粒子模拟结果定量几个可观察到的数量，确认我们捕捉到的局部结构，塑性和弹性的相互作用对材料响应的影响。
2022-05-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Non-local plasticity effects on notch fracture mechanics
我们研究了梯度增强位错硬化对缺口诱导失效机制的影响。几何必要位错（GNDs）在增强开裂的作用进行了评估，通过基于机制的应变梯度塑性理论。通过有限元方法研究了缺口状缺陷产生的静止裂纹和扩展裂纹。一个结合单调和循环损伤的贡献的内聚区配方是用来解决这两种加载条件。计算进行了非常广泛的长度尺度参数和众多的几何形状得到解决，涵盖了主要类型的缺口。结果表明，在所有考虑的情况下，塑性应变梯度的强烈影响。确定了缺口角度、半径和长度尺度参数的过渡组合，建立了GNDs相关性的制度，为梯度塑性模型在缺口构件损伤评估中的合理应用奠定了基础。
2017-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Mathematical modeling of a Cosserat method in finite-strain holonomic plasticity
本文论述的数学推导和验证基准的数值方法的解决方案的有限应变完整（率无关）Cosserat塑性问题的材料，可能与微观结构的例子。与以前的方法相比，我们做了两个改进：第一，借助与四元数相关的欧拉-罗德里格斯公式将微旋转参数化。其次，作为主要结果，提出了一种基于有限记忆Broyden-Fletcher-Goldstein-Shanno拟牛顿法的两遍预处理算法，该算法由预测步和校正迭代组成。在概述了必要的适应模型，数值模拟比较新的和旧的算法的性能和效率。该数值模型可以有效地用于研究具有大尺寸效应的复杂材料的力学响应。
2019-06-06 cond-mat.mtrl-sci cs.CE
Crack tip fields and fracture resistance parameters based on strain gradient plasticity
用解析和数值方法研究了应变梯度塑性固体的裂尖力学。采用基于Taylor位错模型的一阶机构应变梯度塑性理论，并通过用户子程序在商用有限元软件ANSYS中实现。考虑了两个边值问题，一个是单边拉伸试件，另一个是双向加载板。首先，裂纹尖端场的特点。与位错硬化机制相关的应变梯度效应相对于常规塑性提高了裂纹尖端应力。进行了参数研究，并与传统的塑性预测的差异进行了量化。此外，裂纹尖端解的渐近性质进行了研究。数值结果表明，一阶MSG理论预测的奇异阶数等于或高于线弹性固体的奇异阶数。此外，裂纹尖端场似乎没有一个可分离的解决方案。此外，与高阶MSG塑性理论相反，奇异性阶数对塑性材料的性质表现出敏感性。其次，解析和数值方法制定新的应变梯度塑性振幅因子。导出了一种广义J积分，并将其用于表征非线性振幅因子。得到了解析应力强度因子的闭合方程。通过对裂纹尖端应力场的数值解进行分解，得到了裂纹尖端应力场的幅值因子。在材料长度尺度l和加工硬化指数N的宽范围内确定非线性振幅因子解。确定了应变梯度相关域，为一阶MSG塑性断裂和损伤评估的应用奠定了基础。
2020-10-15 cond-mat.mtrl-sci cs.NA math.NA
Machine learning reveals strain-rate-dependent predictability of discrete dislocation plasticity
预测复杂系统的行为是科学的主要目标之一。一个重要的例子是微米级晶体的塑性形变，这是一个由位错的集体动力学介导的过程，表现为广泛分布的应变爆发和对施加载荷的响应中的显著样品间变化。在这里，通过结合大规模离散位错动力学模拟和机器学习，我们研究的问题预测的波动应力-应变曲线的个别小单晶受到应变控制加载使用的初始位错配置的功能作为输入。我们的研究结果揭示了一个有趣的速率依赖性的变形的可预测性：对于小应变的可预测性随着应变率的增加而提高，而较大的应变的可预测性与应变率的关系变得非单调。我们表明，对于小应变的速率依赖性的变形可预测性可以被捕获，通过考虑移动的位错的分数对所施加的外部应力的方向，作为应变率相关的位错动力学的复杂性的措施。非单调的可预测性与应变速率关系的大应变被认为是有关的过渡从波动到平稳的塑性流动时，应变速率增加。
2022-02-08 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
A finite element framework for distortion gradient plasticity with applications to bending of thin foils
提出了一种新的通用有限元框架来研究小尺度金属塑性问题。相对于应变梯度塑性理论，所采用的畸变梯度塑性公式的一个显著特征是塑性自旋的本构包含，如Gurtin（2004）通过依赖于Nye位错密度张量的自由能的处方提出的。所提出的数值方案是通过遵循和扩展Fleck和Willis（2009）建立的数学原理而开发的。弯曲下的薄金属箔的建模揭示了显着的影响，由于与高阶边界条件允许位错退出的机构的塑性剪切应变和自旋。如果模型中包括粘塑性或各向同性硬化，则该机制导致在弯矩与曲率方面的意外机械响应，取决于箔长度。为了研究耗散高阶应力的影响，还研究了非比例加载下的力学响应。
2017-11-15 cond-mat.mtrl-sci
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
Torque-induced reorientation in active fibre-reinforced materials
我们介绍了一个连续模型的纤维增强材料中的参考取向的纤维可能会随着时间的推移，在外部刺激的影响下。该模型是制定在大应变超弹性的框架和运动学的连续描述的位置矢量和重塑张量，在本上下文中，是一个正交张量代表的纤维重定向过程。通过对本构方程施加适当的几何约束，得到了由Eshelby矩控制的重塑张量的演化方程，并在不存在任何外源项的情况下研究了其定态解.它示出的纤维重新定向自己的配置，最大限度地减少了弹性能量，并得到沿一个方向，可能是或可能不是主应变对齐。应变能量密度的Hessian的显式分析允许我们区分定态解，哪些是稳定的。被动重定向过程驱动的应用应变或外部边界牵引的例子。%的应用所提出的理论，生物组织，植入物或磁电活性弹性体的预见。
2018-11-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Hydrogen-induced hardening of a high-manganese twinning induced plasticity steel
研究Fe-26.9Mn-0.28C TWIP钢表层电化学充氢后的硬化行为，揭示氢通过晶界偏析改变位错形核、滑移及ε-马氏体形成机制。
2023-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Crystal elasto-plasticity on the Poincaré half-plane
我们探索的非线性变分模型的二维（2D）晶体塑性应变能的基础上是不变的全对称群的2D晶格。我们使用一个自然的参数化应变空间通过上复杂的庞加莱半平面。这透明地显示了晶格对称性对能量景观的约束。准静态能量最小化自然会引起突发塑性流动和形状变化的晶体由于潜在的协调盆地跳跃局部应变活动。这是介导的成核，相互作用，和湮灭的晶格缺陷发生，不需要辅助假设。数值模拟突出了所有这些过程的对称性的显着效果。应变空间上的对称性引起的运动学图谱阐明了能量极值的安排和应变跳跃路径的可能分叉如何影响晶格中的塑性机制和缺陷图案的复杂性。
2020-03-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Microstructural and Mechanistic Insights into the Tension-Compression Asymmetry of Rapidly Solidified Fe-Cr Alloys: A Phase Field and Strain Gradient Plasticity Study
本研究提出结合相场与应变梯度塑性的框架，揭示快速凝固Fe-Cr合金中位错亚结构和背应力导致拉压不对称性，高冷却速率增强该效应。
2024-05-17 cond-mat.mtrl-sci
Thicker amorphous grain boundary complexions reduce plastic strain localization in nanocrystalline Cu-Zr
University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）；University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）
通过原位压缩测试50多个微柱，研究非晶晶界络合物厚度对纳米晶Cu-Zr塑性变形和失效模式的影响，发现较厚的络合物能更均匀地分散塑性变形并提高损伤容限。
2026-05-28 cond-mat.mtrl-sci
Avalanche correlations and stress-strain curves in discrete dislocation plasticity
在塑性形变过程中，变形破裂序列表现出无标度特征。除了破裂或崩落的大小和崩落的速率之外，该过程的特征还在于系列中的相关性，这些相关性在应力-应变曲线的最终形状中变得明显。我们分析这样的功能的塑性形变与离散位错动力学模型的二维和三维模拟，我们表明，只有严重的塑性形变随之而来的记忆效应变得微不足道。过去的变形历史和位错钉扎无序的作用进行了研究。在一般情况下，相关性的影响，减少分散的个别应力-应变曲线周围的平均值。
2021-06-11 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Softening Gradient Plasticity: Analytical Study of Localization under Nonuniform Stress
软化引起的塑性应变的局部化可以客观地描述由正则化塑性模型，假定当前屈服应力的依赖于由微分（梯度）表达式定义的非局部软化变量。本文给出了某些特殊非均匀应力分布下一维局部化问题的解析解。一维问题可以解释为描述变截面的受拉杆或受非均匀弯矩作用的梁。显式以及隐式梯度制剂被认为是。研究了塑性应变剖面的演变和载荷-位移图的形状。它表明，即使局部本构关系表现出软化的权利，从屈服开始，全球载荷-位移图有一个硬化的部分。讨论了表征材料和几何形状的内部长度尺度之间的相互作用。
2009-07-09 cond-mat.mtrl-sci
A Three-Dimensional Constitutive Modeling for Shape Memory Alloys Considering Two-Way Shape Memory Effect and Transformation-Induced Plasticity
记忆合金（SMA）作为驱动器在过去的几十年里得到了广泛的研究。由于其与其他活性物质相比具有较高的致动能量密度，其在工程领域中的当前和潜在应用正在迅速扩大。在被用作致动器之前，SMA通常经过训练过程以稳定其行为。在训练过程中，材料的微观结构会发生永久性变化，从而产生内应力和大量不可恢复的相变诱导塑性应变（TRIP）。所产生的内部应力以及潜在的热负载提供了诱导取向相变的驱动力，使得基于SMA的致动器能够在不施加外部偏置负载的情况下表现出双向形状记忆效应（TWSME）。为了预测这种内在的现象，一个三维的唯象本构模型为未经训练的SMA。该模型利用马氏体体积分数，相变应变，TRIP应变，和内部应力作为内部状态变量，使它能够占TRIP应变的演变和TWSME为未经训练的SMA循环热机械载荷条件下。最后，边界值问题，考虑一个未经训练的SMA材料在等温/等压循环载荷下解决和预测的循环响应与现有的实验数据进行比较，以证明所提出的能力。
2018-12-13 cond-mat.mtrl-sci
Plastic response by dislocation glide in solid helium under dc strain rate loading
本文建立了一个研究He-4固体中位错滑移和塑性的模型。该模型考虑了Peierls势垒、位错的增殖和相互作用，以及导致位错滑移的经典热激活和机械激活过程。我们专门研究直流应力-应变曲线，以及它是如何受到温度，应变速率和位错密度的影响。作为温度和剪切应变的函数，我们观察到塑性形变，并讨论这可能是如何与实验观察到的弹性异常，在固体hcp的He-4，已经讨论了与超固态或巨塑性的可能性。我们的理论给出了几个预测的直流应力-应变曲线，例如，屈服点和加工硬化率和塑性耗散峰的变化，可以直接比较恒定应变速率实验，从而提供模型参数的界限。
2013-07-31 cond-mat.mtrl-sci
