Study of the effect of strain rate on the in-plane shear and transverse compression response of a composite ply using computational micromechanics
将复合材料用于承受冲击的结构需要对材料的动态行为有深入的了解。为此，已经开发了一种基于物理的计算微观力学模拟工具来预测在很宽的应变率范围内的复合材料层中的失效起始。计算微观力学框架包括纤维，基质和纤维-基质界面，这是部分校准与新的微机械测试技术的本构模型。模拟工具被应用到两个矩阵占主导地位的铺层变形模式：横向压缩和面内剪切。模拟和实验结果的比较，在试样水平揭示了一个变化的失效起始机制的复合材料层与应变速率，然后通过观察样品上的断裂表面证实。
2023-02-13 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Modeling Composites of Multi-Walled Carbon Nanotubes in Polycarbonate
在多壁碳纳米管和聚碳酸酯复合材料（MWCNT-PC）上进行的高应变速率实验在近2500/s的动态应变速率下表现出增强的抗冲击性，其中纯聚碳酸酯（PC）中的多壁碳纳米管（MWCNT）的组成仅为0.5%至2.0%。同样，硬度和弹性模量在静态载荷下导致显着增加取决于多壁碳纳米管在PC中的组合物。本工作的目的是分析这些结果，通过相关的数据，以适应表达式概括的行为的多壁碳纳米管组合物的多壁碳纳米管-PC复合材料在静态和冲击载荷。结果表明，当MWCNTs含量为2.1%时，复合材料在应变速率为2500/s时，在弹性范围内具有最大的抗应力能力，其结果与MWCNTs的组成密切相关，当MWCNTs含量低于或高于临界组成时，复合材料的抗应力能力显著下降。基于Lennard-Jones原子-原子势建立了一个简单的模型来计算纯PC和PC复合材料的静态性能。
2013-04-22 cond-mat.mtrl-sci
Revealing multiple classes of stable quantum emitters in hexagonal boron nitride with correlated cathodoluminescence, photoluminescence, and strain mapping
固体中的单光子发射体（SPE）已经成为量子光子传感、通信和计算的有希望的候选者。六方氮化硼（hBN）中的缺陷表现出高亮度，室温量子发射，但其大的光谱可变性和未知的局部结构显着挑战其技术实用性。在这里，我们直接关联hBN量子发射与材料的局部应变使用光致发光（PL），阴极发光（CL）和纳米束电子衍射的组合。在40个发光体和15个样品中，我们观察到PL和CL中的零声子线（ZPL），范围从540-720 nm。CL映射揭示了位于光学衍射限制区域内的多个缺陷和不同的缺陷物种可以各自对所观察到的PL光谱做出贡献。局部应变图表明，应变是不需要激活发射器，并不是唯一负责观察到的ZPL光谱范围。相反，四个不同的缺陷类负责观察到的发射范围。一个缺陷类具有接近615 nm的ZPL，具有主要匹配的CL-PL响应;它不是另一个缺陷类的应变调谐版本，ZPL发射中心在580 nm。在650 nm处的第三种缺陷具有低可见频率CL发射;并且以705 nm为中心的第四种缺陷种类在其CL和PL峰之间具有小的~10 nm的位移。所有研究的缺陷都是稳定的电子和光学照射。我们的研究结果提供了一个重要的基础，原子尺度的光学表征色心，以及工程缺陷与精确的发射性能的基础。
2019-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Bounds on the volume fraction of 2-phase, 2-dimensional elastic bodies and on (stress, strain) pairs in composites
边界上的体积分数在一个二维的身体包含两个弹性各向同性材料与已知的体积和剪切模量。这些边界使用关于平均应力和应变场、能量、应力的决定因素和位移梯度的决定因素的信息，这些信息可以从边界处的牵引力和位移的测量来确定。边界是尖锐的，如果在每个阶段的某些位移场分量是恒定的。我们得到的不等式也直接给出了两相、二维、周期或统计均匀复合材料中可能的（平均应力、平均应变）对的界
2011-08-29 cond-mat.mtrl-sci math.AP physics.class-ph
Impact of epitaxial strain on the topological-nontopological phase diagram and semimetallic behavior of InAs/GaSb composite quantum wells
通过输运测量和八带$\mathbf{k\cdot p}$计算，研究了外延应变对量子自旋霍尔绝缘体的主体结构InAs/GaSb复合量子阱（CQW）电子性质的影响.使用不同的衬底和缓冲层结构的晶体生长，我们准备了两种类型的样品有很大不同的应变条件。具有几乎无应变的GaSb层的CQWs在电荷中性点处表现出电阻峰值，其反映了带反转制度中的拓扑间隙的开口。相反，对于在GaSb层中具有0.50\%双轴拉伸应变的CQW，对于相同程度的带反转，发现表明能隙闭合的半金属行为。此外，与拉伸应变，拓扑和非拓扑制度之间的边界位于一个较大的InAs厚度。八带$\mathbf{k\cdot p}$计算表明，GaSb中的拉伸应变不仅改变了相界，而且显著地改变了能带结构，这可能导致间接能隙的闭合，使系统在拓扑状态下也是半金属的.因此，我们的研究结果提供了一个全球性的拓扑-非拓扑相图的层厚度和应变的函数。
2020-02-28 cond-mat.mes-hall 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
Self-consistent assessments for the effective properties of two-phase composites within strain gradient elasticity
提出了基于Mindlin-Toupin应变梯度弹性理论的两相复合材料二阶均匀化分析方法。采用直接法和自洽近似将均匀化问题归结为在给定的二次边界条件下确定夹杂内部的平均Cauchy应力、双应力和Cauchy应力的静力矩的问题。夹杂物的椭球形状和正交各向异性相的属性被假定。提出了一种线性本征应变的扩展等效夹杂方法，推导了类Eshelby张量和相应的浓度张量之间的显式关系，用于定义夹杂内部的平均场变量。得到的解析解允许评估的有效的经典和梯度弹性模量的复合材料占相的属性，体积分数，形状和大小的夹杂物。提出的解决方案的有效梯度模量涵盖了整个范围的体积分数，并正确地预测梯度效应的均匀经典柯西介质的情况下。给出了含球形夹杂复合材料的计算实例。给出了著名的简化应变梯度弹性理论的微观定义。也就是说，它表明，该理论是唯象连续模型的复合材料与各向同性基体和刚性各向同性球形夹杂物的体积分数小，具有相同的泊松比的基质相之一。
2021-12-23 cond-mat.mtrl-sci physics.class-ph
Microstructural and texture evolution of Copper-(Chromium, Molybdenum, Tungsten) composites deformed by high-pressure-torsion
采用室温高压扭转（HPT）对含Cr、Mo或W的Cu-难熔金属复合材料进行了剧烈的塑性形变。在等效应变为~75时，每个复合材料中均形成层状显微组织。难熔金属形成了{hkl}<111>纤维织构，并向切向方向略微倾斜。这种织构在Mo和W中比在Cr中更强且更清晰。通过对这些样品施加垂直于原始剪切应变的附加HPT变形，发现Cu 30 Mo 70和Cu 20 W80（wt.%）的片层结构发生了变化。复合材料可以保持在高等效应变，并且耐火层厚度可以在Cu_（20）W_（80）中减小到20-50 nm，在Cu_（30）Mo_（70）中减小到10-20 nm。虽然相邻区域的微观结构对齐，并有证据表明，在这两种复合材料的局部织构，大块织构的Cu 30 Mo 70在这第二步的HPT变形变得较弱。这是由于难熔金属薄片是不连续的和不完全对齐的。这项工作表明，通过高压扭转可以形成Cu-VI族难熔金属的超细复合材料，其中存在足够体积分数的Mo或W的纳米层状结构是可能的。
2018-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Prediction of local elasto-plastic stress and strain fields in a two-phase composite microstructure using a deep convolutional neural network
本文提出基于3D U-Net卷积神经网络的深度学习框架，通过两步训练策略快速预测两相纤维增强复合材料在加载-卸载路径下的微观弹塑性应力与应变场，大幅提升计算效率。
2023-10-29 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Effect of different geometrically nonlinear strain measures on the static nonlinear response of isotropic and composite shells with constant curvature
超轻柔性壳和膜的结构分析可能需要采用复杂的非线性应变-位移关系。在某些情况下，这些可以近似和简化，例如，在中等大的位移和旋转的情况下，在其他一些情况下可能不是。在本文中，各种几何非线性应变近似，如冯卡门应变的有效性进行了研究，利用基于卡雷拉统一公式（CUF）的精化壳公式。此外，几何非线性方程被写在一个总的拉格朗日框架，并解决了一个适当的牛顿-拉夫森方法。测试用例包括研究壳体受到挤压载荷、弯曲和压缩的组合以及后屈曲（包括突跳问题）。它表明，当位移高于厚度的数量级时，如果施加压缩载荷，则应执行完整的几何非线性分析，以说明完整的Green-Lagrange应变。
2021-07-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Infinite-contrast periodic composites with strongly nonlinear behavior: Effective-medium theory versus full-field simulations
本文对一类特殊的二维粘塑性周期复合材料的宏观行为和局部场分布进行了数值-理论研究。重点是含有孔隙或刚性夹杂物的强非线性材料。采用快速傅里叶变换算法进行了全场数值模拟[H。Moulinec，P. Suquet，C. R. Acad. Sci. Paris II 318，1417（1994）]，而理论结果是通过“二阶”非线性均匀化方法获得的[P. Ponte Castaneda，J. Mech. Phys. Solids 50，737（2002）]。非线性和夹杂物浓度的影响进行了研究的背景下，幂律（应变率敏感性m）行为的基体相在面内剪切载荷。总体而言，“二阶”的估计被认为是在良好的协议与数值模拟，最好的协议刚性增强材料。对于多孔系统，作为非线性增加（m减小），应变场被发现本地化沿剪切带穿过空隙（应变波动变得无界）和有效应力表现出在稀极限的奇异行为。更具体地说，对于小孔隙率和固定的非线性m>0，有效应力随孔隙率的增加而线性减小。然而，对于理想的塑性行为（m = 0），对孔隙率的依赖性变得非解析。另一方面，对于刚性增强复合材料，应变场采用瓦模式与有界应变波动，并没有观察到奇异行为（领导秩序）在稀释限制。
2009-06-10 cond-mat.mtrl-sci
Revealing the Hidden Structural Phases of FeRh
${\it Ab}$ ${\it initio}$电子结构计算表明，四元畸变对FeRh的各种磁结构（C-、A-、G-、A $'$ -AFM和FM）的相对稳定性有显著影响，从而产生了一系列新的稳定/亚稳结构和这些状态之间的磁相变.我们预测，${\it cubic}$ G-AFM结构，这被认为是迄今为止的基态，是亚稳态和${\it tetragonally}$扩展的G-AFM是稳定的结构。分离这些状态的低能量势垒表明在室温下相共存。我们提出了一种新的$'$相是所有磁相中的${\it global}$基态，它是由交换相互作用的应变诱导调谐产生的。这些结果阐明了最近的实验结果的电场控制的磁相变驱动通过tetrapherite应变的潜在机制。新的磁相变打开有趣的前景，利用应变工程的下一代存储器件。
2016-11-03 cond-mat.mtrl-sci
Spectral Stiffness Microplane Model for Quasibrittle Textile Composites
本文提出了一个通用的本构模型来模拟纺织复合材料的正交各向异性刚度、峰前非线性、失效包络线以及峰后软化和断裂。在微平面模型框架下，本构关系用作用于材料细观结构内几个方向的平面上的应力和应变矢量来表示。该模型利用正交各向异性刚度张量的谱分解来定义微平面水平的正交应变模式。这些与中尺度的各种成分和对不同类型变形的材料响应有关。应变相关的本构方程被用来关联的微平面本征应力和本征应变，而变分原理被应用到关联的微平面应力在细观尺度的连续张量在宏观尺度。由于这些功能，所得到的光谱刚度微平面配方可以很容易地捕捉各种物理非弹性现象的纤维和纺织复合材料的典型，如：基体微裂纹，微分层，裂纹桥接，拔出，和脱粘。该模型的应用程序，以一个EST-2 $\times$ 2表明，它可以现实地预测其单轴以及多轴的行为。此外，该模型显示出良好的协议与复合材料管的轴向破碎的实验，这种能力使其成为一个有价值的耐撞性应用的设计工具。该公式计算效率高，易于校准，并适用于其他类型的复合材料结构的巨大的当前利益，如2D和3D编织或3D编织纺织品。
2015-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Rate dependence of damage formation in metallic-intermetallic Mg-Al-Ca composites
研究了一种铸造Mg-4.65 Al-2.82 Ca合金，其显微组织为$α$ -Mg基体和C36 Laves相骨架。这种三元合金的目标是用于汽车发动机中的高温应用，因为它们具有优异的蠕变性能。然而，在应用中，合金可能会受到广泛的应变率和材料开发，加速测试往往是必不可少的。因此，了解这种速率变化的影响至关重要。在这里，我们专注于它们对损伤形成的影响。由于在这种合金中形成增强的局部高度可变的骨架，我们采用了基于扫描电子显微镜的高分辨率全景成像的分析，以及基于深度学习的物体检测和分类卷积神经网络算法（YOLOV 5）的自动损伤分析。我们发现，随着应变速率的降低，对于一个给定的应变水平的变化占主导地位的损伤机制：在$5\cdot10^{-4}/s$的应变速率的C36 Laves相的微裂纹的演化控制损伤的形成。然而，当应变速率降低到$5\cdot10^{-6}/s$时，在$α$ -Mg/Laves相界面处的界面脱粘变得同样重要。我们还观察到裂纹取向的变化，表明α-Mg基体和Laves相的塑性共同变形的影响越来越大。我们把这种转变归因于界面处的热激活过程。
2023-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Andrade and Critical Time-to-Failure Laws in Fiber-Matrix Composites: Experiments and Model
本文介绍了纤维复合材料的蠕变实验。记录的应变速率和声发射（AE）率表现出幂律松弛的主要蠕变制度和幂律加速之前的全球失败。特别是，我们观察到的时间故障的功率定律在第三政权的声发射超过四十年的时间。我们还发现一些特性的主要蠕变（指数的幂律和持续时间）和样品的失效时间之间的相关性。这一结果表明，第三政权是依赖于发生在主政权的松弛和损伤过程，并建议一种方法的基础上的应变率或AE率的早期时间记录的故障时间的预测。我们认为一个简单的模型的代表性的元素，通过民主的负载共享，与一个大的异质性的优势。每个单元由一个非线性阻尼器和一个弹簧并联组成。该模型恢复了应变率随时间变化的实验观测值。
2004-04-02 cond-mat.mtrl-sci
Revealing 3D Strain and Carbide Architectures in Additively Manufactured Ni Superalloys
European Synchrotron Radiation Facility (ESRF)（欧洲同步辐射装置）；Department of Materials Science & Metallurgy, University of Cambridge（剑桥大学材料科学与工程系）；School of Metallurgy and Materials, University of Birmingham（伯明翰大学冶金与材料学院）；Institut für Werkstofftechnik, Universität Kassel（卡塞尔大学材料技术研究所）；Centre for Additive Manufacturing, School of Engineering, RMIT University（皇家墨尔本理工大学工程学院增材制造中心）
研究揭示增材制造Ni超合金中3D应变与碳化物架构的关系，通过非破坏性3DXRD分析揭示晶粒取向、应变分布及碳化物空间分布，为LAM工艺优化提供关键数据。
2026-02-17 cond-mat.mtrl-sci
Revealing the topological phase diagram of ZrTe$_5$ using the complex strain fields of microbubbles
由于体电子系统的全局拓扑性质，拓扑材料具有鲁棒的性质，不受微观扰动的影响。特别是寻求其中拓扑不变量可以通过容易地调整外部参数而改变的材料。五碲化锆（ZrTe $_5$）是少数实验上可用的材料之一，其位于拓扑相变的边界附近，允许通过机械应变切换其不变量。在这里，我们毫不含糊地确定一个拓扑绝缘体-金属过渡作为应变的函数，由从头计算和直接测量的局部电荷密度相结合。我们的模型定量地描述了几层ZrTe $_5$没有拟合参数的气泡中发现的复杂应变模式的响应，再现机械变形依赖于使用扫描隧道显微镜观察到的带隙的关闭。我们计算的拓扑相图的ZrTe $_5$，并确定在平衡状态下的相位，使器件架构的设计，利用独特的拓扑开关特性的系统。
2022-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High Strain and Strain-Rate Behaviour of PTFE/Aluminium/Tungsten Mixtures
传统的落锤技术进行了修改，以适应低强度，冷等静压“重”的聚四氟乙烯，铝和钨复合材料的低振幅力传感器信号。对不同孔隙率和钨晶粒尺寸的试样进行了破坏强度、应变和破坏后的临界行为测试。在相同体积含量的组分下，观察到具有小W颗粒（小于1微米）的多孔复合材料（密度5.9 g/cc）的强度（55 MPa）显著高于具有较大W颗粒（44微米）的致密复合材料（7.1 g/cc）的强度（32 MPa）的不寻常现象。这归因于小W粒子网络产生的力链。在不同应变水平下的中断试验揭示了动态压缩下的断裂机制。
2007-11-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Revealing 3-dimensional core-shell interface structures at the single-atom level
具有核-壳结构的纳米材料是应变工程材料的突出例子，其中材料特性可以通过微调界面处的失配应变来设计。在这里，我们阐明了完整的3D原子结构的Pd@Pt核壳纳米粒子在单原子水平上通过原子电子断层扫描。得到了核壳纳米颗粒的全三维位移场和应变分布，揭示了表面应变和界面应变之间的直接相关性。它还显示了明确的泊松效应，在整个纳米粒子的规模，以及当地的原子键。应变分布表现出很强的形状依赖的各向异性，其性质进一步证实了分子静力学模拟。根据观察到的表面应变，预测了表面氧还原反应活性。这些发现使人们对应变工程核壳体系的结构-性能关系有了深入的了解，这可能为直接控制所产生的催化性能铺平新的道路。
2022-07-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hydrodynamic description of (visco)elastic composite materials and relative strains as a new macroscopic variable
根据特定需要调整材料特性的一种可能性是将一种物质的单元嵌入另一种物质的基质中。甚至在操作期间容易调节的材料也可以以这种方式产生。在（粘）弹性物质中，基质材料以及内含物和/或它们的直接环境都可以动态变形。如果夹杂物及其周围环境的典型动态响应时间接近宏观响应时间，则需要将其变形过程纳入动态宏观表征。沿着这些路线，我们提出了（粘）弹性复合材料的流体动力学描述。为此，额外的应变变量反映了夹杂物的状态及其直接环境。这些额外的应变变量一般不设置由粗粒度的宏观位移场。除此之外，在我们的推导过程中，我们还包括以前在不同背景下引入的相对平移和相对旋转的宏观变量。作为一个中心点，我们的方法揭示了一个新的宏观变量的重要性：相对应变。我们分析了两个简化的最小示例几何作为说明。
2016-07-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.flu-dyn
Revealing Strain and Disorder in Transition-Metal Dichalcogenides Using Hyperspectral Photoluminescence Imaging
University of Michigan（密歇根大学）；National Institute for Materials Science（物质材料研究机构）
该研究利用超光谱光致发光成像技术，揭示了封装在六方氮化硼中的MoSe₂和WSe₂样品中的应变和缺陷分布，通过提取激子、三重态激子和双激子的能量和线宽，实现了对局部变形的检测。
2026-04-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Extruded Mg based hybrid composite alloys studied by longitudinal impression creep
研究了Saffil短纤维和SiC颗粒以不同组合增强的抗蠕变AE 42镁合金的纵向蠕变行为，在175-300 ℃的温度范围内，在60 - 140 MPa的应力水平下，使用压痕蠕变测试技术，含有随机纤维取向的平面平行于加载方向。在175 ℃下，正常的蠕变行为，即，应变速率随应变而降低，然后达到稳定状态，在所有使用的应力下观察到。在240 ℃下，观察到高达80 MPa的正常蠕变行为，在应力以上观察到应变速率随应变而增加，然后达到稳定状态并再次降低。在300 ℃时，在所有应力下均观察到反向蠕变行为.此模式对于所有复合材料保持相同。反向蠕变行为被发现与纤维断裂。发现所有复合材料的应力指数都很高。考虑门槛应力后，应力指数在3.9 ~ 7.0之间，表明粘滞滑移和位错攀移是主要的蠕变机制。由于在任何应力水平下正常或反向蠕变行为的数据不足，未计算表观活化能Qc。混合复合材料的抗蠕变性被认为是可比的，在所有的温度和应力水平的调查与20%的Saffil短纤维增强的复合材料。
2017-04-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
A novel large-strain kinematic framework for fiber-reinforced laminated composites and its application in the characterization of damage
Indian Institute of Technology Roorkee（印度理工学院鲁尔基分校）
提出一种基于多自然构型与多连续介质理论的大应变运动学框架，将变形梯度分解为弹性、再取向和损伤三部分，并用于表征基体开裂、纤维断裂、界面滑移/脱粘和分层四种损伤机制。
2026-06-08 cond-mat.mtrl-sci physics.class-ph
Synergistic Photon Management and Strain-Induced Band Gap Engineering of Two-Dimensional MoS2 Using Semimetal Composite Nanostructures
二维MoS 2在柔性电子和光子器件中的应用越来越受到人们的关注。对于2D材料光电子器件，分子薄的2D吸收体的光吸收将是器件效率的关键限制因素之一，并且常规光子管理技术不一定与它们兼容。在本文中，我们展示了两种半金属复合纳米结构，用于二维MoS 2的协同光子管理和应变诱导带隙工程：（1）伪周期Sn纳米点，（2）导电SnOx（x<1）核壳纳米针结构。没有复杂的纳米光刻，这两种纳米结构都是通过物理气相沉积自组装的。2D MoS 2在Sn纳米点下在λ=650-950 nm处实现高达> 15倍的吸收增强，并且在SnOx（x<1）纳米针下在λ=700-900 nm处实现20- 30倍的吸收增强，两者都跨越可见光到近红外范围。通过拉曼和光致发光光谱证实，由于Sn纳米结构引起的拉伸应变，MoS 2中的吸收增强是由于强的近场增强和MoS 2带隙减小。特别地，我们证明了使用导电纳米针结构的SnOx（x<1）将高达3.5%的双轴拉伸应变引入到2D MoS 2中，这将带隙减小约0.35 eV，以进一步增强在更长波长处的光吸收。据我们所知，这是第一次在2D MoS 2上展示协同的三重功能光子管理，应激源和导电电极层。这种用于扩展光谱响应的协同光子管理和带隙工程方法可以进一步应用于未来2D光子器件的其他2D材料。
2023-01-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Recurrent neural networks and transfer learning for elasto-plasticity in woven composites
University of Gothenburg（哥德堡大学）；Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
本文提出用循环神经网络结合迁移学习替代编织复合材料细观仿真，通过平均场数据与网格搜索调参，实现从随机游走到循环加载的应力预测，验证了其对路径相关弹塑性响应的建模能力。
2023-12-07 cond-mat.mtrl-sci cs.LG
Micromechanical analysis of hyperelastic composites with localized damage using a new low-memory Broyden-step-based algorithm
提出了一种多尺度（微观到宏观）分析方法，用于预测含超弹性组分和嵌入局部损伤的复合材料的有限应变行为。复合材料被假定为具有周期性的微观结构，并受到远程场。在微观尺度上，基于均匀化技术的（完整的）复合材料的有限应变细观力学分析用于预测的有效变形。在宏观尺度上，一个程序，基于代表性的细胞方法和相关的高阶理论，开发的损伤复合材料中的弹性场的确定。将周期性复合材料离散成相同的单元，然后通过应用离散傅里叶变换将其简化为单个单元的问题。由此产生的控制方程，界面和边界条件的傅里叶变换域，解决了采用高阶理论结合迭代过程来处理损伤和材料非线性的影响。利用弱非线性材料极限和自然不动点迭代法，得到了迭代解的初始条件。然后采用局部收敛的低内存拟牛顿求解器。提出了一种新的算法的求解器的实现，它允许直接存储在存储器中的向量函数的历史序列，这可能是有利的收敛控制的目标向量函数的特定组件的基础上。这里采用的强形式的傅立叶变换为基础的方法，结合新的求解器，使该方法的应用扩展到非线性材料，并可能具有可比的计算效率或可能有利于标准的方法。
2020-10-18 cond-mat.mtrl-sci
Elasticity-driven Nanoscale Texturing in Complex Electronic Materials
许多复杂电子材料的精细探针揭示了应变、电荷和磁化强度的符号变化织构的不均匀微结构，形成曲折的条带、条带段或液滴。我们介绍并模拟了一个金斯堡-朗道模型的结构转变，应变耦合到电荷和磁化。电荷掺杂充当局部应力，其使周围的单元电池变形而不产生缺陷。这种看似无害的约束弹性'兼容性'，实际上诱导关键的各向异性长程部队的单细胞离散对称性，交织相反的符号竞争应变产生极化弹磁纹理的复合变量。随机局部掺杂的模拟低于固-固转变温度揭示了丰富的多尺度织构从诱导的弹性场：纳米级相分离，介观尺度的内在不均匀性，纹理交叉耦合到外部应力和磁场，和温度相关的渗流。我们描述了这种复合纹理极化子的概念可以是有价值的掺杂锰氧化物，铜酸盐和其他复杂的电子材料。
2003-04-08 cond-mat.mtrl-sci
In situ mechanical testing of an Al matrix composite to investigate compressive plasticity and failure on multiple length scales
SiC颗粒增强铝基复合材料具有高强度、高耐磨性和优异的高温性能，但塑性和断裂韧性较低，限制了其在结构应用中的应用。本研究探讨了这种复合材料的塑性和故障的多个长度尺度上，从应变局部化通过一个复杂的微观结构，从基体的单个微粒的脱粘。三个微尺度支柱包含具有不同的复杂性和尺寸/体积分数的SiC颗粒的微观结构被用来研究这些功能对变形的影响。对于基体，纳米级金属间化合物内的Al晶粒的强化效果贡献最大，和Al晶界被证明是有效的障碍，防止应变局部化的主导剪切带，因此，灾难性的失败。当剪切局部化发生时，如果剪切带和界面对齐，则SiC颗粒可以从基体上脱粘。为了研究界面是否是一个弱点，在灾难性的故障，一些SiC颗粒从基体中分离出直接脱粘试验，这产生的界面强度是远远高于临界解析剪切应力的支柱表现出剪切局部化和界面脱粘。因此，基体-颗粒界面被排除作为一个可能的弱点，而不是剪切局部化被确定为机制，可以驱动随后的界面脱粘。
2020-12-18 cond-mat.mtrl-sci
Elastic Composite, Reinforced Lightweight Concrete as a Type of Resilient Composite Systems
.一种具有上述特征的“弹性复合材料，钢筋轻质混凝土（ECRLC）”是一种类型的“弹性复合系统（RCS）”，其中，与固体力学中弯曲理论的基本几何假设相反，“弯曲期间梁高度的应变变化”通常是“非线性的”。.通过采用这种集成结构，具有显著的高应变能力和弯曲弹性模量，我们可以在结构上实现梁的高承载能力，具有安全的断裂模式，重量更轻。.由于系统的特殊性及其在弯曲中的行为，通常计算平衡钢量以获得梁中具有安全断裂模式的低钢弯曲截面及其相关限制并没有被提出。因此，在通常的钢筋轻混凝土制成的受弯构件，特别是关于低厚度的受弯构件，如板，脆性断裂模式的高可能性的战略僵局被解锁。.这种简单实用的技术以及相关的组件和系统也可以在“道路和建筑行业”中有多种应用。.考虑到“轻型和集成结构在实际增加抗震性和安全性方面的战略重要性”，并考虑到这种弹性结构对动态载荷、震动、冲击和震动的适当行为，以及制造一些轻型和绝缘、非脆性、增强夹层板和件的能力，该系统及其组件也可用于“地震区”。.该系统还可用于建造减震和冲击吸收器支承件和板，其也可用于“铁路和地铁结构”。.这里，“RCS”和“ECRLC”（作为RCS的一种）已经被简明地介绍。
2015-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Tensile properties of all-polymeric syntactic foam composites: experimental characterization and mathematical modelling
在大应变循环和单调拉伸载荷下研究了全聚合物复合泡沫塑料，以揭示其拉伸应力-应变行为、回复性、拉伸强度和断裂伸长率。这里研究的复合泡沫塑料由两个不同等级（551和920）的中空热塑性微球（HTM）组成，具有平均壁厚和直径的分布，以各种体积分数嵌入聚氨酯基质中。记录循环加载-卸载曲线，揭示材料所表现出的粘弹性水平（随着HTM体积分数的增加，其变得更强），并指示在大应变下加载的可重复性水平。样品还经受单调拉伸载荷以研究其断裂伸长率。较高体积分数的HTM增加了材料的刚度，并且虽然观察到材料在宽范围的拉伸应变下是高弹性的，但是对于更高度填充的材料，在较低水平的应变下出现损坏。因此，HTM复合泡沫塑料表现出较低的断裂应变相比，净矩阵，这是由于矩阵微球界面脱粘。此外，通过采用优化技术，线弹性性能的微球和平均壳厚度的551级推断通过比较实验结果的预测从广义自洽方法，将多分散性数据的微球的尺寸分布。这些结果补充了以前的工作，涉及直接实验测量的920级壳厚度。结果还表明，微球特性的表征并不严重依赖于获得高分辨率微球直径分布数据，只要一个准确的代表性平均直径是已知的。
2021-10-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
A Mechanical Study of a Glass Fabric-Thermoplastic Resin Composite: 3D-DIC and X-ray tomographic observations explained by numerical simulations based on a spectral solver
在本文的研究中，我们分析了玻璃纤维平纹织物/聚合物复合材料的力学响应在织物毫米细观尺度。使用CraFT（复合响应和傅立叶变换）对织物重复单元中的应力和应变场进行了数值计算，CraFT是一种专门用于模拟具有复杂微观结构的材料的力学行为的代码。通过模拟获得的局部应变场被认为是在非常好的协议进行测量，使用三维数字图像相关（3D DIC）。从CraFT求解器计算的数值应力场，我们还突出了周期性细观结构内部的最大应力的子区域。此外，与X射线断层扫描事后测量，我们能够确认，某些损伤模式以及在这些应力集中的微观结构子区域启动。
2016-04-28 cond-mat.mtrl-sci physics.class-ph
Physically Constrained 3D Diffusion for Inverse Design of Fiber-reinforced Polymer Composite Materials
提出PC3D_Diffusion三维扩散模型，并通过损失引导的无学习物理约束方法，实现满足无碰撞要求、可定制整条应力-应变曲线的FRPC逆向设计。
2024-12-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Multiscale reduced-order modeling of fused filament fabricated composites
在增材制造的复合材料的多个长度尺度上观察到缺陷，例如空隙。模拟这些缺陷及其多尺度相互作用对材料性能预测至关重要。在这项工作中，我们研究了作为建成的缺陷，熔丝制造的聚碳酸酯/短碳纤维（PC/SCF）复合材料样品。使用机械降阶模型研究了微尺度和中尺度空洞以及中尺度层取向。我们的研究结果表明，微尺度intrabead空隙与中尺度interbead空隙相互作用，并显着降低打印复合材料的机械响应相比，没有空隙的微尺度微观结构。中尺度层取向也影响应力-应变响应，并且当载荷施加到珠方向时表现出更好的性能。在这项工作中使用的有效的降阶建模方法提供了一种方法来评估增材制造复合材料的多尺度设计方面。
2022-09-06 cond-mat.mtrl-sci
Revealing Atomic-Scale Switching Pathways in van der Waals Ferroelectrics
Rice University（莱斯大学）；Texas A&M University（德克萨斯农工大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）
本研究结合原位电偏置原子成像与第一性原理计算，揭示了SnSe中从反铁电到铁电的90度和180度切换路径共存，并伴随层间滑动与压缩应变，为二维铁电器件设计奠定基础。
2025-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Auxetic behavior and acoustic properties of microstructured piezoelectric strain sensors
采用具有拉胀弹性行为的压电周期性蜂窝晶格结构的多功能复合材料的使用是压电传感器设计中的一个最近的和有前途的解决方案。在目前的工作中，周期性的反四手拉胀晶格结构，其特征在于不同的几何形状，被考虑和机械和压电响应进行了研究。采用一阶计算均匀化方法得到等效压电性能，推广到机电耦合的情况下，并采用各种极化方向。两个例子，在平面和平面外的应变传感器的设计概念。此外，压电弹性动力频散分析采用Floquet-Bloch分解。研究了具有拉胀拓扑结构的周期性压电材料的声学行为，并探测到了可能的带隙。
2017-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Visualization of Ion Channels in Membranes using Electrochemical Strain Microscopy
采用电化学应变显微镜（ESM）和导电原子力显微镜（C-AFM）对Nafion和磷钨酸（PWA）聚合物复合电解质进行了制备和分析，观察了表面附近由水和磺酸基团组成的亲水性离子通道。结果表明，ESM图像中的纤维状物体是亲水性离子通道和PWA与Nafion中磺酸基相互作用形成的附加离子通道，形貌没有明显变化。在这项研究中，埋藏在表面下的离子通道，以及在表面上的通道的入口和出口，通过结合使用ESM和C-AFM探测。研究结果进一步加深了人们对复合聚合物电解质离子导电性的认识。
2019-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Compression properties of polymeric syntactic foam composites under cyclic loading
复合泡沫塑料是一种高密度、高损伤容限的复合材料。本文对聚合物基复合泡沫塑料在循环压缩条件下的压缩性能、回复性能、能量耗散和损伤容限进行了研究。通过将各种尺寸和壁厚的中空聚合物微球添加到聚氨酯基质中来制造这些复合泡沫。记录了循环试验过程中相关的加载和卸载曲线，揭示了材料的粘弹性性质。获得样品的SEM图像，以研究压缩过程中的潜在损伤机制。据观察，这些复合泡沫塑料表现出高的弹性恢复和能量耗散在很宽的压缩应变范围和聚合物微球的添加减轻压缩载荷下的损伤。
2019-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Quantifying the effects of particle clustering in random thermoelastic composites -- numerical and mean-field analyses
Institute of Fundamental Technological Research, Polish Academy of Sciences（波兰科学院基础技术研究所）；Polish-Japanese Academy of Information Technology（波日信息技术学院）
研究随机分布颗粒对热弹性有效性质及局部应力应变分布的影响，采用全场有限元分析与平均场模型进行定量评估，区分不同包含体的平均应力应变。
2026-05-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
OpTiDDM (Optical Tweezers integrating Differential Dynamic Microscopy) maps the spatiotemporal propagation of nonlinear stresses in polymer blends and composites
局部应力如何通过聚合物流体传播，以及更一般地，大分子动力学如何引起粘弹性是对广泛的科学和工业领域至关重要的开放性问题。在这里，明确连接聚合物动力学的力响应，并映射在高分子材料的应力传播，我们提出了一个强大的方法-光镊集成微分动态显微镜（OptiDMM）-同时施加局部应变，测量阻力，并分析周围的聚合物的运动。我们的测量与环状和线性聚合物（DNA）的混合物和它们的复合材料与刚性聚合物（微管）揭示了一个令人惊讶的共振响应，其中仿射对齐，超扩散率和弹性记忆最大化时，应变率是可比的纠缠率。微管抑制这种共振，同时显著增加弹性力和记忆，这是由于聚合物沿着应变路径累积、拉伸和流动以及构型上消散应力的程度不同。更广泛地说，丰富的多尺度耦合的力学和动力学所提供的OpTiDDM，使其跨学科的使用，以阐明非平凡的现象，雕塑应力传播动力学的商业应用和细胞力学的关键。
2022-03-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Strain-invariant, highly water stable all-organic soft conductors based on ultralight multi-layered foam-like framework structures
本文提出一种基于 PEDOT:PSS 和 PTFE 的超轻多层类泡沫框架结构，实现了高电导率、抗疲劳、应变不变且高水稳定的全有机软导体，克服了传统软导体在形变和潮湿环境下性能下降的局限。
2022-10-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Strain sensitive flexible magnetoelectric ceramic nanocomposites
针对磁电氧化物陶瓷脆性限制柔性应用的问题，本文制备可转移至PDMS的BaTiO3/CoFe2O4柔性薄膜纳米结构，实现机械拉伸下可逆可调的磁电耦合。
2022-10-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Order induces toughness in anisotropic colloidal crystal composites
本研究构建宏观二氧化硅棒各向异性胶体晶体复合材料，证明矿物相有序排列结合韧性界面可实现高矿含量、10%塑性应变与毫米级损伤离域，突破韧性—矿物含量权衡。
2024-01-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
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
Glass Dynamics at High Strain Rates
我们提出了一个剪切转变区（STZ）的理论分析的分子动力学模拟的快速剪切金属玻璃。这些模拟特别具有启发性，因为尽管它们仅限于高应变率，但它们的温度范围从远低于玻璃化转变到远高于玻璃化转变。有一个重要的差异，STZ理论再现了模拟数据，包括通过尺度变换将这些数据折叠到简单曲线上的方法。STZ分析表明，系统在高应变速率下的行为主要由有效温度热力学控制，而不是系统特定的分子相互作用的细节。理论和模拟之间的差异发生在较低的应变率的温度附近的玻璃化转变。我们认为，这种差异可以解决相同的多物种推广的STZ理论，最近提出了理解频率依赖性的粘弹性响应，斯托克斯-爱因斯坦违反，和拉伸指数松弛平衡的玻璃材料。
2012-05-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
On nanostructured molybdenum-copper composites produced by high pressure torsion
采用液态金属渗Cu 30 Mo 70和Cu 50 Mo 50（wt.%），通过剧烈塑性形变制备了纳米结构的铍-铜复合材料。起始材料在室温下使用高压扭转进行加工，没有随后的烧结处理，产生无孔隙的超细晶粒复合材料。通过两步高压扭转对Cu 50 Mo 50复合材料进行大范围变形，产生了晶粒尺寸为10-15 nm的等轴纳米级Mo和Cu晶粒。Cu 30 Mo 70的相同处理产生了超细的层状结构，其由厚度分别为约5 nm和约10-20 nm的Cu和Mo层组成，并且层间间距为9 nm。这种显微组织与HPT变形的Cu-Cr和Cu-W复合材料的显微组织有很大不同，在HPT变形的Cu-Cr和Cu-W复合材料中，层状显微组织在高应变下破裂。超细晶结构和孔隙率的情况下，导致复合材料的维氏硬度值为600的Cu 30 Mo 70和475的Cu 50 Mo 50。生产Cu 30 Mo 70纳米复合材料的能力与高强度的组合，和一个罚款，定向微观结构应该是感兴趣的热电应用。
2017-04-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
A micromechanics-based recurrent neural networks model for path-dependent cyclic deformation of short fiber composites
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）；Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）；University of Gothenburg（哥德堡大学）
短纤维增强复合材料的宏观响应依赖于广泛的微观结构参数。因此，这些材料的微机械建模是具有挑战性的，在某些情况下，计算昂贵。当需要预测路径相关塑性行为时，这一点尤其重要。这一挑战的解决方案是利用诸如人工神经网络的机器学习技术来增强微机械解决方案。在给定细观结构参数和应变路径的情况下，训练一个递归深度神经网络模型来预测短纤维增强复合材料的路径依赖弹塑性应力响应，并进行细观力学平均场模拟，为训练和验证模型建立数据库。该模型给出了非常准确的预测，在计算效率的方式相比，独立的微机械模拟。
2022-09-27 cond-mat.mtrl-sci cs.LG cs.NE
