Dynamics of Shear-Transformation Zones in Amorphous Plasticity: Energetic Constraints in a Minimal Theory
我们使用精力充沛的考虑推导出一个以前不确定的耦合项的形式在非晶态固体的塑性形变的剪切转变区（STZ）理论。正如在STZ理论的早期版本中，在屈服应力下的稳定变形的开始在这里表现为堵塞状态和塑性变形状态之间的动态稳定性的交换。我们展示了如何一个特别简单的“准线性”版本的理论帐户定性的塑性，如屈服，应变软化，应变恢复的许多功能。我们还表明，这个最小版本的理论未能描述某些其他现象，并认为这些限制表明需要额外的内部自由度超出这些包括在这里。
2003-07-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Plastic deformation of rough metallic surfaces
我们目前的实验和理论结果的塑性变形金属（铝）块的表面形貌。当一个表面光滑的硬球体（这里是一个钢球、石英玻璃球或氮化硅球）压入一个表面平坦但仍然粗糙的金属块时，由于塑性流动，会产生一个球杯状的压痕。然而，凹进区域中的表面粗糙度并不完全平坦。粗糙度的长波长（宏观粗糙）含量是由原始（铝）表面上的粗糙度引起的，但是现在塑性变形。在塑性变形的宏观粗糙接触区，短尺度的粗糙度是由硬球表面的粗糙度和不均匀的塑性流动引起的。我们使用边界元法，结合一个简单的数值计算过程，考虑到塑性流动的接触力学模型。该理论可以半定量地描述塑性流动对粗糙度的修正。由于在大多数情况下，金属密封的流体泄漏是由长波长粗糙度，我们预测，泄漏可以估计的基础上，这里采用的弹塑性接触力学模型。某些玻璃态聚合物表面的塑性形变与我们观察到的铝表面的塑性变形有很大不同，我们将其归因于强的加工硬化和聚合物的不均匀塑性流动。因此，这里提出的计算塑性流动的数值方法不能应用于一般的玻璃态聚合物。
2020-06-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.app-ph
Connecting diffusion and dynamical heterogeneities in actively deformed amorphous systems
我们提出了一个广泛的数值研究的动力学不均匀性和它们的影响扩散的非热介观模型的主动变形非晶态固体。在低应变率下，应力动力学由塑性事件的合作区域控制。的缩放参数的基础上，以及广泛的数值研究的非热弹塑性模型，我们表明，有一个直接的联系之间的自扩散系数和合作区域的大小在低应变率。两者都强烈依赖于速率和系统规模。被动示踪剂在变形的无定形介质中的均方位移的测量，从而给出有关微观流变学的信息，如合作区域的几何形状和它们的缩放与应变率和系统尺寸。
2011-01-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Memory formation in cyclically deformed amorphous solids and sphere assemblies
本文研究了一个受反复循环剪切变形的模型非晶态固体。先前已经证明，系统经受（或训练）的剪切变形的幅度的记忆被编码，并且可以通过用作读取操作的后续变形周期来检索。在这里，我们考虑不同的读取协议和测量，并表明，单个和多个存储器可以通过这些不同的协议鲁棒地检索。我们还表明，剪切变形由一个较大的振幅总是擦除存储的记忆。这些观察结果与非布朗胶体悬浮液和相应模型的实验结果相似，但不同之处在于非瞬时存储多个记忆的可能性。这种可能性与局部能量最小值之间在模型非晶态固体中发生的转变循环的存在相关联。在这里，我们研究低密度球组件作为模型的非布朗胶体悬浮液，在非热变形，并确定一个制度，其中多个记忆存储在这些系统以及非瞬态。我们表明，该制度存储多个记忆非瞬态对应于循环可逆性的存在下，而不是循环变形下的配置点可逆性。
2018-05-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
On the anomalous elasticity in the mechanical response of amorphous solids
Sorbonne Université（索邦大学）；Univ. Grenoble Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；Laboratoire de Physique de l’Ecole Normale Supérieure, ENS, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, Université Paris Cité（巴黎高等师范学院物理实验室，巴黎高等师范学院，巴黎文理研究大学，法国国家科学研究中心，索邦大学，巴黎西岱大学）
研究无序固体在机械扰动下的弹性与塑性变形，揭示局部不可逆重构与Eshelby类四极子奇异性导致的异常弹性行为，通过弹性-塑性模型与原子模拟对比，探讨四极子密度在热力学极限下的零条件及尺度依赖的长波弹性失效机制。
2026-04-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Plasticity in amorphous solids is mediated by topological defects in the displacement field
非晶态固体在外加应力或变形下塑性屈服的微观机制尽管近年来有大量的研究活动，但仍然是难以捉摸的。大多数方法都试图识别未变形玻璃中可能引发塑性不稳定性的原子尺度结构“缺陷”或时空相关性。与此相反，在这里，我们表明，与塑性不稳定性相关的拓扑缺陷可以识别，而不是在静态结构的玻璃，而是在非仿射位移场变形。这些位错拓扑缺陷（DTDs）可以定量表征的Burgers电路（和由此产生的Burgers矢量），这是构建在微观非仿射位移场。我们证明了（i）DTDs是由于违反Cauchy-Born规则而导致的玻璃变形不相容的表现（ii）由此产生的平均Burgers矢量显示对应于主要塑性事件的峰，包括屈服转变处的壮观的非局部峰，这是由于反平行DTDs之间的吸引力相互作用而导致的自组织成剪切带;（iii）施密德定律的应用DTDs导致预测剪切带在45度的单轴变形，广泛观察到的实验和模拟。
2021-07-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The Universality Class of Nano-Crystal Plasticity: Self-Organization and Localization in Discrete Dislocation Dynamics
尽管晶体和非晶系统中的微观缺陷特征不同，但塑性变形系统中雪崩行为的普适性已被广泛讨论。与无定形系统相反，结晶流动应力在高应变和/或加载速率下显著增加。我们进行模拟的二维离散位错动力学模型，最低限度地捕捉纳米晶变形的现象。在这个模型的背景下，我们证明了在大速率（> 1000/s）下位错塑性的经典速率依赖性，从根本上控制了系统的统计特性，因为它与位错成核竞争：在大速率下，该行为在统计上由“拖曳”移动位错的长程相关性主导。在小速率下，塑性局部化在小体积中占主导地位，并且发生雪崩行为的空间整合。
2018-10-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The yielding transition in amorphous solids under oscillatory shear deformation
非晶态固体在天然和人造材料中普遍存在。由于其具有吸引人的机械性能，通常用作结构材料，其实用性主要取决于其对施加应力的响应。这种机械响应的基础过程，特别是非晶态固体的屈服行为，还没有得到令人满意的理解。虽然广泛研究[1-14]，但观察到的屈服行为可能是渐进的，并显著依赖于研究条件，因此难以令人信服地验证现有的急剧屈服转变的理论描述[4，6，8，13，15]。在这里，我们采用振荡变形作为一个可靠的探头的屈服转变。通过广泛的计算机模拟的系统尺寸范围广，我们证明，周期性变形的模型玻璃表现出鲜明的定义屈服过渡的特点是独立的准备历史。与普遍的预期相反[4，8，12]，雪崩的统计数据没有显示即将到来的过渡的迹象，但在整个过渡期间表现出戏剧性的，质的变化。
2016-12-08 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
Predicting plasticity of amorphous solids from instantaneous normal modes
通过将瞬时简正模（INMs）的概念扩展到变形系统，给出了非晶态固体变形和塑性的数学描述，从而保留了应变对振动态密度（VDOS）的影响。从非仿射晶格动力学（NALD）描述的弹性和粘弹性的玻璃，我们制定的线性响应理论大变形考虑应变相关的切线模量在有限值的剪切应变。的（非仿射）切线剪切模量计算的振动态密度（VDOS）的仿射应变配置在不同的应变值。在玻璃的静态（未变形）快照上分析发现的仿射应变导致了富含软低能模式以及不稳定模式（负本征值）的配置，如果在应变后让系统松弛，则这些模式将被完全“洗掉”和丢失。该过程与NALD的结构完全一致。变形状态的INM谱允许分析预测模型玻璃的应力-应变曲线，包括预测屈服点。良好的无参数定量协议之间的预测和模拟的无热准静态剪切的粗粒度聚合物玻璃。
2022-06-01 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topology of the energy landscape of sheared amorphous solids and the irreversibility transition
最近的实验和模拟的非晶态固体的塑性变形的振荡驱动发现令人惊讶的行为-小应变振幅的动态可以是可逆的，这是相反的塑性作为一个不可逆的变形形式的通常概念。这种可逆性允许系统达到极限环，其中塑性事件在振荡驱动下无限重复。达到可逆极限循环，可能需要大量的驾驶循环，据推测，在瞬态期间遇到的塑性事件不会再次遇到，因此是不可逆的。使用图形表示的系统的稳定配置和连接它们的塑料事件，我们表明，可逆性的概念是更微妙的。我们发现，可逆的塑性事件是丰富的，并且在过渡期间遇到的塑性事件的很大一部分实际上是可逆的，在这个意义上，它们可以是一个可逆的变形路径的一部分，我们观察到的过渡图可以被分解成集群的配置是由可逆的过渡连接。这些簇是图的强连通分量，并且它们的大小是幂律分布的。其中最大的是分组在区域的可逆性，这反过来又限制了区域的不可逆性，其数量在较大的应变增殖。我们的结果提供了一个解释的不可逆性转变-在临界强迫振幅的瞬态周期的发散。长瞬变是由于在寻找一个足够大以包含一个特定振幅的极限环的团簇时，团簇之间的可逆性跃迁造成的。对于足够大的振幅，搜索时间变得非常大，因为极限环的大小变得与可逆性区域的大小不相容。
2021-07-02 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Multiperiodic orbits from interacting soft spots in cyclically-sheared amorphous solids
当非晶态固体周期性地变形时，其可以达到稳定状态，其中构成颗粒的路径描绘出在每个驱动循环中重复的闭环。在模拟中注意到一个显着的变化，其中粒子运动的周期是驾驶周期的倍数，但这种行为的原因仍然不清楚。出于对堵塞的固体实验中的位移场的介观特征，我们提出并分析了一个简单的相互作用的软点模型-在应力下颗粒重新排列的位置，类似于两级系统与滞后。我们表明，多周期行为可以出现在三个或更多的相互作用的软点之间，但在所有情况下，它需要沮丧的相互作用，照亮这种否则难以捉摸的相互作用类型。我们提出了在实验中寻求这种挫折的签名，并在设计的系统中实现它的方向。
2021-08-24 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Recoverable strain in amorphous materials: the role of ongoing plastic events following initial elastic recoil
本文在软玻璃流变学模型中揭示非晶材料卸载后除初始弹性回缩外，已塑性屈服单元在负局部应力下的延迟屈服会导致缓慢持续应变恢复，并指出本构模型需演化完整局部应力分布。
2025-05-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Ultra-delayed material failure via shear banding after straining an amorphous material
本研究预测非晶材料在变形后极长时间可能突然发生灾难性破坏，通过模拟三种模型证明其机制为超延迟剪切带不稳定性，该现象可能普遍存在并对材料加工与性能产生重要影响。
2025-07-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The Role of Local Structure in the Enhanced Dynamics of Deformed Glasses
外加应力可以使非晶态固体的分子迁移率提高几个数量级。流动性的变化通常通过Eyring模型来解释，该模型调用了一个经验激活量，其起源仍然知之甚少。在这里，我们分析了恒定应力分子动力学模拟，并提出了一个扩展的Eyring模型与机器学习领域，软。我们的模型将激活体积（一个经验参数）与结构属性（柔软度）联系起来。我们发现，应力有一个不均匀的影响，取决于当地的结构，这解释了应力下观察到的弛豫时间分布较窄的流动性。
2021-08-13 cond-mat.soft
Time dependent elastic response to a local shear transformation in amorphous solids
通过分子动力学模拟研究了二维非晶态固体对诱导的局部剪切相变的弹性响应，这种相变模拟了变形玻璃中发生的基本塑性事件。我们表明，对于不同的空间实现的变换，尽管相对波动的顺序之一，长时间的平衡响应平均预测的Eshelby包含问题的连续弹性介质。我们的基本动力学的弹性信号的传播上的影响的特征。交叉传播传输的情况下，弱阻尼动力学的扩散传输强阻尼的证据。在后一种情况下，全时变弹性响应与理论预测一致，通过求解弹性介质中位移场的扩散方程获得。
2014-02-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Shear Induced Fluidization Of Thermal Amorphous Solids
通过计算机模拟研究了非晶态固体在外加载荷作用下的剪切诱导流化过程，研究了变形态的弛豫动力学。对热玻璃材料进行恒速率的简单剪切变形。在非仿射位移场的基础上，研究了剪切局部化和塑性形变随应变的不均匀性。均方位移显示了随着应变颗粒的流动性增强，表明材料的流化。利用时间关联函数，我们估计了剪切玻璃的弛豫时间。当材料失去其固体性质并最终变成液体状时，观察到弛豫时间的显著减少直到屈服点。最后，通过计算剪切应力松弛，研究了静态试样的记忆对剪切熔融玻璃流变特性的影响。我们发现，在我们的系统中，一个有限的持续残余应力，持续时间超过实验观察时间。
2021-12-05 cond-mat.soft
Characteristics and Correlation of Nonaffine Particle Displacements in the Plastic Deformation of Athermal Amorphous Materials
当非晶态固体均匀变形时，响应表现出非均匀塑性不稳定性，颗粒团簇局部协同重排。非均匀性是决定非晶态固体力学性能的重要因素。本文采用计算机模拟的方法，研究了在无热准静态极限下，非晶态固体在简单剪切变形作用下，以非仿射位移为特征的团簇的特性和空间相关性。具有大位移的集群被发现是均匀分布在空间中的弹性制度，其次是一个本地化的系统跨越剪切带屈服后。位移场的分布呈现幂律性质，其指数与变形密切相关。非仿射位移表现出很强的空间相关性，并随着应变的增加而变长。从我们的结果可以看出，在弹性区域，关联函数的衰减是指数性质的。屈服转变的标志是衰减的突然变化，之后它被很好地描述为幂律。这些结果表明，非仿射相关的无标度的字符在稳定的流动状态。这些结果被认为是强大的和独立的应变窗口的总非仿射位移计算。
2022-01-27 cond-mat.soft
Deformation-Driven Diffusion and Plastic Flow in Two-Dimensional Amorphous Granular Pillars
我们报告了一个结合实验和模拟研究的变形引起的扩散在压实的二维非晶颗粒柱，其中热波动起着微不足道的作用。支柱，由直立在基板上的双分散圆柱形缩醛塑料颗粒组成，通过以恒定速度移动的刚性杆单轴和准静态地变形。柱中的塑性流动和颗粒重排的特征在于通过计算与两个变形阶段之间的每个颗粒相关联的最佳拟合仿射变换应变和非仿射位移。非仿射位移表现出指数交叉从弹道扩散行为的累积偏应变，表明在非热颗粒填料，累积偏应变在热系统中起着时间的作用，并驱动有效的颗粒扩散。通过数值模拟进一步研究了颗粒柱的尺寸效应，发现不同尺寸的颗粒柱在变形过程中遵循自相似的形状演化规律。此外，柱的屈服应力随柱尺寸线性增加。在变形过程中形成的瞬态剪切线的支柱变得更加明显的支柱尺寸的增加。这些基本剪切带的宽度约为颗粒直径的两倍，并且不随柱尺寸而变化。
2015-02-04 cond-mat.soft
Alternating shear orientation during cyclic loading facilitates yielding in amorphous materials
利用分子动力学模拟研究了循环载荷下剪切方向和应变幅对非晶态固体屈服行为的影响。模型玻璃是通过一个二元混合物，迅速冷却远低于玻璃化转变温度，然后进行振荡剪切变形。结果表明，在应变振幅高于临界值的周期性加载，首先诱导结构松弛通过原子簇在一些瞬态周期的不可逆位移，然后通过增加势能，由于形成一个系统跨越剪切带。在从上面接近临界应变幅度时，达到屈服转变所需的瞬态循环次数增加。有趣的是，人们发现，当剪切方向是周期性交替在两个或三个维度，瞬态周期的数量减少，但临界应变振幅保持相同的情况下，沿一个单一的平面的周期性剪切。在屈服转变之后，剪切带外部的材料继续应变诱导松弛，除了当剪切取向在三维中交替并且玻璃沿着剪切带以每三个循环施加的应变幅度变形时。
2020-01-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.comp-ph
Real Space Renormalization: A Generic Microscopic Theory for Low-Temperature Avalanches in Static Strained Insulating Glass
本文提出了一个微观模型来研究在低于$T=60$ K的温度下，受均匀静态应变作用的中空玻璃的雪崩问题。我们采用三维实空间重整化方法，在宏观尺度上计算了玻璃的机械磁化率。我们证明了在非晶材料中存在不可逆的应力降，对应于玻璃机械磁化率的陡峭的正-负转变。我们还得到了玻璃系统脆性的应变方向。玻璃中的不可逆应力降主要来自于虚声子交换过程产生的非弹性应力-应力相互作用。
2016-07-26 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Vibrational lifetimes and viscoelastic properties of ultrastable glasses
本文通过解析理论与分子模拟研究超稳定玻璃，揭示线性粘弹性耗散与振动模式静态和动态性质的关系，并推导出无参数模量表达式，证明准局域化模式在玻色峰以下中频范围主导粘弹性响应。
2024-02-22 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Spatiotemporal analysis of nonaffine displacements in disordered solids sheared across the yielding point
利用分子动力学模拟研究了变形非晶态固体中非仿射位移的时间演化和空间相关性。三维模型玻璃是通过二元混合物，这是缓慢退火远低于玻璃化转变温度，然后在一个恒定的应变速率剪切表示。结果表明，随着应变的增加，具有大的非仿射位移的原子簇的典型尺寸增加，这些簇保持空间均匀分布，直到屈服点时，移动原子成为本地化的系统跨越剪切带内。此外，屈服过渡与非仿射位移的空间相关性的突然变化相关联，该变化从指数衰减到幂律衰减。我们还发现小原子对关联函数中的第一个峰的高度在屈服应变下表现出明显的增加。这些结果进行了讨论，在循环加载下的非晶材料的屈服转变。
2019-10-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.comp-ph
Thermal Fluctuation Driven Structural Relaxation in Undeformed Glasses: Unraveling the Evolution of Mechanical Stability
该研究通过分析热涨落诱导的未变形玻璃中的雪崩事件，揭示了系统软化机制，并提出广义应变转变区（GSTZ）概念，为统一描述力学变形与热驱动玻璃的弹塑性响应奠定基础。
2025-09-08 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Mechanical annealing of model glasses: Effects of strain amplitude and temperature
利用分子动力学模拟研究了有限温度下非晶态固体对振荡剪切的动态响应。收集的数据从退火不良的二元玻璃，这是在弹性制度在几百个剪切周期性变形。我们发现，所需的特征时间达到一个最小的势能的稳定状态是在较高的温度和较大的应变振幅较长。随着应变振幅的减小，势能的渐近值增加，但它仍然低于静态样品。势能的瞬态衰减与具有大的非仿射位移的原子所占据的体积逐渐减小密切相关。相比之下，当系统的大部分开始可逆变形时，剪切应力振荡的最大振幅相对较快地达到。
2017-07-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
A delayed yielding transition in mechanically annealed binary glasses at finite temperature
利用分子动力学模拟研究了应变幅值、玻璃稳定性和热涨落对剪切带形成和屈服转变的影响。首先将模型二元混合物逐渐冷却至低于玻璃化转变温度，然后周期性地变形以获得宽范围的势能状态。我们发现，临界应变振幅变得更大的高度退火玻璃内约一千剪切循环。此外，在固定的应变振幅下持续加载时，在机械退火至较低能态的玻璃中，屈服转变被延迟。它也表明，一个小的原子簇与大的非仿射位移的成核之前，与屈服过渡的急剧能量变化。这些结果对于非晶合金的热加工和机械加工具有重要意义。
2020-06-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.comp-ph
The effect of fiber plasticity on domain formation in soft biological composites -- Part I: a bifurcation analysis
本文通过双相层合材料的平面应变分叉分析，研究纤维塑性对软生物复合材料畴形成的影响，发现宏观椭圆性丧失与剪切增量强度消失相关，并计算了分叉后孪生层状畴的解。
2025-07-10 cond-mat.soft
Crackling dynamics in the mechanical response of knitted fabrics, Version 2
在各种情况下发生的爆裂噪声的特征在于各种大小的离散事件，通常以雪崩的形式相关联。我们报告的实验证据表明，针织物的机械响应显示这样广泛分布的事件，在力信号和变形场，统计类似于地震或软无定形材料。针织物由摩擦接触的规则网络组成，由纱线的弹性连接。当变形时，织物显示空间上扩展的雪崩式屈服事件导致集体纱线间接触滑移。我们测量这些雪崩的大小分布，从非弹性位移场的分析，在缝合水平，并从外部力的波动。这两个测量产生一致的幂律分布，让人想起在其他雪崩系统中发现的那些。我们的研究表明，针织物不仅是一种基于线的超材料，具有高度追求的机械性能，而且是一种原始的模型系统，具有拓扑保护的结构顺序，其中间歇性，尺度不变的响应来自最小的成分，因此是研究平衡普遍性的重要里程碑。
2018-06-08 cond-mat.soft
