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
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
Comparison of dislocation density tensor fields derived from discrete dislocation dynamics and crystal plasticity simulations of torsion
精确模拟延性金属的塑性形变对结构和部件设计的重要性是众所周知的。存在许多技术来解决与变形过程相关的长度尺度，包括位错动力学（DD），其对离散位错线段的相互作用和演化进行建模，以及晶体塑性（CP），其将位错的晶体性质和受限运动并入更高尺度的连续场框架中。虽然这两种方法在概念上是相关的，但只有名义上的努力集中在使用DD生成的信息来提高塑性模型的保真度的系统级材料响应上。为了确定在何种程度上的预测CP是一致的DD，我们比较了它们的全球和微观结构的响应在一些变形模式。在使用名义上均匀的压缩和剪切变形位错动力学模拟校准晶体塑性流动规则参数后，我们不仅比较了扭转棱柱形线材的系统级应力-应变响应，而且还比较了由此产生的几何必要的位错密度场。为了建立明确的描述位错和连续假设与晶体塑性模拟之间的连接，我们确定的最小长度尺度，在有意义的位错密度场出现。我们的结果表明，扭转的情况下，两种材料模型可以产生可比的空间位错密度分布。
2016-08-15 cond-mat.mtrl-sci
Crystal plasticity modeling of non-Schmid yield behavior: from Ni3Al single crystals to Ni-based superalloys
提出了一种用于模拟L12型Ni 3Al晶体和镍基高温合金非Schmid屈服行为的晶体塑性有限元框架。这个框架依赖于直接从取向和温度相关的实验屈服应力数据的非Schmid模型参数的估计。在均匀化位错密度的晶体塑性框架下，将Ni 3Al晶体的非弹性变形模型推广到Ni基高温合金的沉淀相。该框架被用来模拟Ni 3Al晶体和单晶镍基高温合金CMSX-4在260-1304 K温度范围内的取向和温度依赖的屈服。模型预测的屈服应力与实验基本一致。模型预测也作出了关于拉伸-压缩的不对称性和占主导地位的滑移机制屈服于标准的赤平三角形在不同的温度下，这两种材料。这些预测提供了有价值的见解有关的基础（方向和温度依赖）的滑移机制在屈服。在这方面，非Schmid模型也可以用作独立的分析模型，用于预测屈服应力、拉伸-压缩不对称性和屈服时的潜在滑移机制作为取向和温度的函数。
2020-12-22 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
Cold Creep of Titanium: Analysis of stress relaxation using synchrotron diffraction and crystal plasticity simulations
存在一个长期存在的技术问题，其中在室温下在Ti中循环加载期间的应力驻留导致显著的疲劳寿命降低。据认为，局部时间依赖性的塑性在软晶粒取向容易塑性滑移导致甩负荷和增加应力在相邻的硬晶粒取向不良容易滑移。量化这个时间相关的塑性过程是成功预测复杂的冷驻留疲劳问题的关键。这项工作使用了一种新的方法，在原位同步辐射X射线衍射在应力松弛试验，量化的时间依赖塑性。从多个晶格家庭（21衍射环）的测量晶格应变进行了比较，从晶体塑性有限元（CPFE）模拟模拟晶格应变。棱柱滑移参数被发现表现出更强的应变速率敏感性相比，基底滑移，这有显着的影响，在冷蠕变过程中的应力重分布到硬晶粒取向。
2020-08-25 cond-mat.mtrl-sci
In-Situ Neutron Diffraction and Crystal Plasticity Finite Element Modeling to study the Kinematic Stability of Retained Austenite in Bearing Steels
本文结合原位中子衍射和晶体塑性有限元模拟研究了高碳轴承钢中残余奥氏体的运动稳定性。轴承钢中运动亚稳残余奥氏体的存在会显著影响材料的宏观力学和微观力学响应。亚稳奥氏体的力学表征是准确捕捉典型应用载荷下的微观力学行为的关键组成部分。传统的力学表征技术无法离散量化奥氏体的微观力学响应，因此，计算预测严重依赖于试验和错误或奥氏体相的定性描述。为了克服这一点，在本工作中，我们使用原位中子衍射的单轴拉伸试验的A485 1级轴承钢试样。从中子衍射分析确定的机械响应被纳入混合晶体塑性有限元模型，占马氏体的晶体塑性和应力辅助转变从奥氏体到马氏体轴承钢。建模响应被用来估计奥氏体和马氏体相的单晶弹性常数。结果表明，采用原位中子衍射结合晶体塑性模型，可以成功地预测轴承钢的微观和宏观力学响应，同时考虑了残余奥氏体的马氏体相变。
2018-01-17 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
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
Incorporation of physics-based strengthening coefficients into phenomenological crystal plasticity models
KU Leuven（荷语鲁汶大学）；Department of Materials Engineering, KU Leuven（荷语鲁汶大学材料工程系）；Department of Computer Science, KU Leuven（荷语鲁汶大学计算机科学系）
本研究通过将基于物理的强化系数纳入现象学晶体塑性模型，提升其预测能力，为材料科学和工程提供更高效的模型参数化方法。
2025-02-08 cond-mat.mtrl-sci
Non-Schmid Effects In Perfect Single Crystal Metals At Zero Temperature
金属晶体塑性的一个长期存在的假设是，一旦滑移面上的分解剪应力达到临界值，屈服开始。这一假设，称为施密德定律，意味着塑性的开始与作用在滑移面上的法向应力无关。我们研究这一假设的有效性在单晶完美晶格在零温度下，使它们受到广泛的组合正常和剪切应力，并确定塑性的发病。我们采用声子稳定性分析四个不同的单晶金属和确定的发病可塑性的发病不稳定。结果表明，屈服对正应力有显著的依赖性，从而说明了在晶体塑性中考虑非Schmid效应的必要性。最后，相反的共同假设，在单晶体中的不稳定性是长波长的类型，我们表明，短波长的不稳定性是丰富的成核缺陷的负载条件范围很广。
2017-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Unraveling the temperature dependence of the yield strength in single-crystal tungsten using atomistically-informed crystal plasticity calculations
University of California Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）；Universidad Politécnica de Madrid（马德里理工大学）；Max-Planck-Institut für Eisenforschung（马克斯·普朗克铁研究所）
本研究利用基于原子级计算的晶体塑性模型，预测了单晶钨在不同温度和应变率下的屈服强度，结果与实验高度吻合，并绘制了多取向屈服面，为工程设计提供依据。
2015-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Comment on "Giant Plasticity of a Quantum Crystal"
在他们的信中，Haziot et al. [Phys. Rev. Lett. 110（2013）035301]报道了hcp氦-4量子晶体的巨大塑性的新现象。他们断言氦-4具有经典塑性理论中没有的机械性质。具体来说，他们研究了高质量晶体作为温度和施加应变的函数，其中剪切模量达到平台，耗散接近于零;据报道，这两个量与应力和应变无关，这意味着可逆的耗散过程和量子隧穿。在这篇评论中，我们表明，这些签名可以用热激活位错滑移的经典模型来解释，而不需要调用量子隧穿或无耗散运动。最近，我们提出了一个固体氦-4中的位错滑移模型，该模型包含在存在具有定性相似行为的其他位错的情况下的耗散贡献[Zhou等人，Philos. Mag. Lett. 92（2012）608]。
2013-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Calibration and surrogate model-based sensitivity analysis of crystal plasticity finite element models
本研究针对晶体塑性有限元模型参数多、校准难的问题，提出基于高斯过程回归代理模型与Sobol指数的全局敏感性分析框架，结合差分进化算法实现了模型参数的可靠全局最优校准。
2023-12-19 cond-mat.mtrl-sci
On the critical character of plasticity in metallic single crystals
以往的声发射（AE）实验，以及数值模拟，要求在集体位错动力学在塑性形变的自组织临界性（SOC）可能发生的冰单晶。在这里，我们报告六方晶系金属单晶的声发射实验。与滑移和孪生有关的位错雪崩被认为是AE的唯一来源。这两种类型的过程都表现出很强的间歇性。滑移和孪生事件的AE波形似乎不同，但从AE事件能量分布的角度来看，没有区别是可能的。分布总是遵循幂律，即使发生多滑和森林硬化。幂律指数与以前在冰单晶中发现的指数完全一致。随着观察到的时间聚类和雪崩之间的相互作用，这些结果是新的和强有力的论据，有利于一个一般的，SOC型，框架的晶体可塑性。
2005-12-14 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
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
Influence of crystal anisotropy on elastic deformation and onset of plasticity in nanoindentation -- a simulational study
利用分子动力学模拟和有限元模拟，模拟了Cu和Al的（100）、（110）和（111）三个主要表面的纳米压痕，在弹性区域，模拟数据与弹性各向异性基底压痕的线弹性理论吻合得很好。随着压痕的增加，压力硬化的效果变得明显。当达到位错形核的临界应力时，即使是弹性各向同性的Al也表现出对力-位移曲线的表面取向的强烈依赖性。在载荷下降后，当塑性开始时，表面取向的影响消失，接触压力（硬度）变得与表面取向无关。
2008-12-09 cond-mat.mtrl-sci
Statistical Thermodynamics of Crystal Plasticity
这篇文章是为了纪念皮埃尔·霍恩伯格，感谢他对理论物理基本原理的深刻贡献。我总结了最近的发展理论的位错使结晶固体的变形。这个主题特别适合《统计物理学杂志》，因为几十年来，材料科学家一直断言统计热力学不适用于位错。通过使用简单的第一性原理分析和与实验数据的比较，我认为这些材料科学家是错误的，现在应该重新审视这个领域，因为它具有广泛的知识和技术重要性。
2018-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Tempering the mechanical response of FCC micro-pillars: an Eulerian plasticity approach
几乎纯的单晶微柱在压缩下的机械响应表现出高度局部化的行为，这可能危及样品的结构稳定性。最近的实验表明，晶体的机械响应对样品中存在的淬火无序和晶体的取向都非常敏感。在这项工作中，我们研究了无序和晶体取向的影响大应变响应的二维FCC晶体与三个活动的滑移面使用一个非常简单的欧拉塑性模型在FE框架。我们的数值计算和理论结果表明，一个单一的平面或多个滑移面可以激活取决于晶体的取向。前者是局部变形，导致韧性断裂;后者是活动面之间复杂的相互作用，导致变形更加均匀。应变局部化可以避免当不均匀性工程内部的晶体，或晶体取向的改变，因为激活的多个滑移系，导致在一个“拼凑”的分布滑移系。
2020-05-09 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
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
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
Landau theory of crystal plasticity
我们表明，非线性连续弹性可以有效地模拟晶体中的塑性流动，如果它被视为朗道理论与无限数量的等效能量阱，其配置是由对称群GL（3，Z）。准静态加载可以由非热动力学处理，而基于格的离散化可以起到正则化的作用。作为一个证明的原则，我们在这封信中研究位错成核在均匀剪切的2D晶体，并表明，全球张量不变性的弹性能量助长了发展的复杂性的配置集体成核缺陷。在这一过程中，不稳定的高对称性晶体相起着至关重要的作用，传统上认为这与低对称性晶格中的塑性流动无关。
2019-04-20 cond-mat.mtrl-sci
A First Experiment at Interfacing Crystal Plasticity and Continuum Dislocation Dynamics
Purdue University（普渡大学）；Cranfield University（克兰菲尔德大学）；Naval Nuclear Laboratory（海军核实验室）
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
Tailoring the plasticity of topologically close-packed phases via the crystals' fundamental building blocks
在许多先进合金中会形成脆性拓扑密排沉淀物。由于其复杂的结构，对其塑性知之甚少。在这里，我们提出了一个战略，以了解和定制这些复杂的相的变形能力，考虑铌钴μ相作为一个原型材料。Nb-Co μ相的塑性由形成其晶胞的部分的Laves相构建块控制。研究发现，在体相C15-NbCo $_2$ Laves和Nb-Co μ相之间，Laves相结构单元的晶面间距和局部弹性模量发生了变化，导致硬度和弹性模量的大幅降低，并发生了从同步剪切到晶体滑移的转变。此外，当组成从Nb $_6$ Co $_7$变为Nb $_7$ Co $_6$时，三层中的Co原子被取代，使得Laves相结构单元的三层变成纯Nb的板，导致弹性的不均匀变化和从晶体学滑移到滑移-洗牌机制的转变。这些发现打开了机会，有目的地定制这些拓扑紧密堆积相的可塑性在散装，但在原子尺度的晶面间距和局部剪切模量的基本晶体积木在其大的晶胞。
2023-03-10 cond-mat.mtrl-sci
A probabilistic explanation for the size-effect in crystal plasticity
在这项工作中，众所周知的幂律强度和样本大小之间的关系，$d^{-n}$，是来自知识的位错网络表现出无标度的行为和极值统计特性的任意分布的临界应力。该方法产生$n=(τ+1)/(α+1)$，其中$α$反映临界应力分布的低应力状态的首阶代数指数，而$τ$是间歇塑性应变活动的标度指数。这个相当普遍的推导支持的实验观察，尺寸效应的范例是适用于广泛的材料，不同的晶体结构，内部微观结构和外部样品的几何形状。
2014-07-04 cond-mat.mtrl-sci
A Cosserat crystal plasticity and phase field theory for grain boundary migration
金属形变热处理过程中的微观组织演变主要由粘塑性变形、形核和晶粒长大过程来描述。这些过程发生在不同的长度和时间尺度上，在制定模拟模型时提出了重大挑战。特别是，不存在整体统一的场框架来模拟金属多晶体中的粘塑性变形、再结晶和晶粒生长。在这项工作中，阐述了一个结晶一致的扩散界面框架，将晶体粘塑性和晶界迁移。Kobayashi-Warren-Carter（KWC）相场模型扩展到包含材料和晶格旋转的完全机械耦合以及位错密度的演化。Cosserat晶体塑性理论被证明是适当的框架，制定相场和力学之间的耦合与适当的区分散装和晶界行为。
2018-10-14 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
Crystal plasticity model of residual stress in additive manufacturing
选择性激光熔化作为增材制造技术正受到越来越多的关注。由大的温度梯度和不均匀的冷却过程引起的残余应力有利于裂纹的产生。在这项工作中，晶体塑性有限元模型被开发来模拟残余应力的形成，并了解增材制造过程中的塑性形变、晶粒取向和残余应力之间的相关性。从热流体流动和晶粒生长模拟的温度分布和晶粒结构实施到晶体塑性模型。提出了一种单元消除和再激活方法来模拟熔化和凝固，并重新初始化状态变量，如塑性形变，在重新激活的单元。通过比较由热应力引起的塑性形变随时间的变化，根据液体区域的刚度退化来判断该方法的准确性。该方法被用来研究平行和垂直于激光扫描方向的残余应力，以及沿这些方向的晶粒的最大施密德因子的相关性。残余应力的大小可以作为深度、晶粒取向和相对于熔池的位置的函数来预测。
2021-07-16 cond-mat.mtrl-sci
The giant plasticity of a quantum crystal
当在高温下受到大应力时，通常的晶体可能会不可逆转地变形。这种现象被称为塑性，它是由于诸如位错的晶体缺陷的运动。我们已经发现，在没有杂质和零温度极限下，氦4晶体呈现出巨大的塑性，是各向异性和可逆的。对定向单晶的直接测量表明，它们的抗剪切性在一个特定方向上几乎为零，因为位错平行于六方结构的基面自由滑动。一旦氦3杂质与位错结合，或者位错的运动因与热声子的碰撞而受到阻尼，这种可塑性就会消失。
2012-11-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
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
Cold dwell behaviour of Ti$_6$Al alloy: Understanding load shedding using digital image correlation and crystal plasticity simulations
利用数字图像相关技术和晶体塑性模拟方法研究了粗晶Ti-6Al合金在3种不同温度下的冷保压行为。应变提取大体积晶粒蠕变期间DIC测量和用于校准晶体塑性模型。两个主要的滑移系统（基底和棱柱）的临界分辨剪切应力（CRSS）的值被确定为温度的函数。在不同温度下测定了两个晶粒对（1）“流氓”晶粒对和（2）“非流氓”晶粒对）边界上的应力。在“流氓”粮食对，在蠕变期间的应力增量被发现在“硬”粮食中观察到甩负荷。在升高的温度下，发现120 C是最坏的情况，因为发现这两个晶粒对的晶界处的应力差是三个温度中最大的。这可以归因于这样一个事实，即棱柱体和基底滑移系统的应变率敏感性在这种最坏情况下的温度下最大。
2021-06-23 cond-mat.mtrl-sci
Extensive anisotropic lath martensite plasticity in dual-phase steels: A numerical-experimental investigation
本文对低碳双相钢的微观结构进行了详细的实验-数值分析，揭示了板条马氏体中显著的各向异性塑性形变的证据。在本马氏体变体中的惯习面取向的仔细测定表明，所观察到的塑性滑移的痕迹与相应的惯习面的方向一致。为了研究局部板条马氏体的塑性活动，开发了一个专用的基于子结构富集晶体塑性的模型。与传统的体心立方晶体塑性相比，该模型包含一个额外的晶体滑移面，包含3个平行于惯习面的软滑移系，以捕捉惯习面塑性的作用。模拟结果显示一致的应变局部化模式，如在实验中观察到的，与大多数的塑性局部化的马氏体包与他们的习惯面取向有利相对于所施加的载荷。基于这些见解，未来的马氏体建模策略和潜在的改进钢的建议进行了讨论。
2022-11-15 cond-mat.mtrl-sci
A minimal integer automaton behind crystal plasticity
幂律波动和无标度空间图案是已知的表征稳态塑性流动在晶体材料。在这封信中，我们研究的相关性出现在一个简单的Frenkel-Kontorova（FK）型模型的二维塑性，这在很大程度上是免费的任意性，服从分析研究，并能够产生临界指数匹配实验。我们的主要观察关注的可能性，以减少连续塑性的整数值自动机揭示固有的离散性的塑性流动。
2011-04-13 cond-mat.mes-hall 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 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
Crystal plasticity as a mean field depinning transition: results from a phase field crystal model
到目前为止，我们对晶体塑性普适性的大部分认识都来自于离散位错动力学的模拟。这些是力控制的，通常在零温度下，并处理位错的产生和湮灭现象。在这项工作中，我们超越了这些限制，使用相场晶体模拟在二维有限温度下提取恒定剪切速度下的模拟晶体的雪崩统计。除了雪崩的大小和能量分布，我们提取的雪崩持续时间分布和功率谱。所有的指数和尺度函数提取晶体塑性的静态和动态，属于平均场弹性脱钉普适性类，确认早期的研究结果的基础上离散位错动力学。
2015-01-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Ice : The paradigm of wild plasticity
由于冰的可塑性在冰川和冰盖动力学中的重要性，人们对冰的可塑性进行了深入的研究。特别是，它的各向异性（容易基底滑动）已被怀疑了很长一段时间，然后充分表征40年前。最近出现的兴趣冰作为模型材料来研究一些基本方面的晶体塑性。一个例子是塑性波动和集体位错动力学的性质。20年前，在冰单晶变形过程中进行的声发射测量显示，塑性流动通过间歇性位错雪崩进行，尺寸和能量呈幂律分布。这意味着大部分冰的可塑性发生在很少的、非常大的雪崩中，因此相关的可塑性波动是野生的。这在材料科学界引发了一场关于塑料不透明性的激烈研究活动。冰在这场辩论中的利益进行审查，从与其他晶体材料的比较。在这种情况下，冰似乎是塑性不稳定的一个极端情况，其特征是无标度波动，复杂的空间和时间相关性以及雪崩触发。换句话说，冰可以被认为是野生可塑性的范例。
2019-02-14 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
Microscopic plasticity and damage in two-phase steels: on the competing role of crystallography and phase contrast
本文揭示了金属材料的微观力学方面，其微观结构包括两个或多个阶段的晶粒。局部塑性响应由（i）单个晶粒滑移系的相对取向差和（ii）相的不同机械性能决定。这两种机制在细观尺度上的相对重要性尚不清楚：塑性响应是由晶粒的各向异性主导的，还是这种效应被两相之间的机械对比所压倒？答案影响了这种材料在中尺度上的建模，但也提供了在该长度尺度上产生的断裂机制的见解。到目前为止，这个问题只针对特定的晶体学和机械性能进行了讨论。相比之下，本文系统地研究了这个问题，使用大量的相位分布，晶体学和材料参数。结果发现，宏观和介观（晶粒平均）塑性响应的两个极端的建模选择（晶体塑性或各向同性塑性）收敛与增加的相位差。当硬相的屈服应力比软相高四倍时，晶体学的效果完全被相差压倒。当该比值小于2时，其影响不可忽略。然而，即使在这种情况下，断裂起始也由相的局部布置控制。后者是量化的，在本文中通过平均安排的相周围的断裂起始位点。
2016-12-05 cond-mat.mtrl-sci
Studying Creep-Fatigue interaction of Nickel-Based Superalloys using Crystal Plasticity and Entropy-Based life prediction model
Indian Institute of Technology Delhi（印度德里理工学院）；Indian Institute of Technology Bombay（印度孟买理工学院）
采用晶体塑性有限元框架和基于熵的寿命预测模型，研究了单晶镍基高温合金在不同热机械加载条件下的蠕变-疲劳交互作用，揭示了应变幅、保持时间等参数对损伤演化和寿命的影响，并区分了蠕变主导和疲劳主导的失效机制。
2026-05-22 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamic theory of crystal plasticity: formulation and application to polycrystal fcc copper
我们提出了晶体塑性的热力学描述。我们的配方是基于Langer-Bouchbinder-Lookman热力学位错理论（TDT），它断言的基本重要性的有效温度，描述了状态的配置无序，因此位错密度的晶体材料。我们将TDT描述从各向同性塑性扩展到具有多个滑移系的晶体塑性。在单轴压缩、拉伸和简单剪切条件下，多晶面心立方铜的有限元模拟结果与实验结果进行了比较。因此，晶体塑性的热力学理论提供了晶体中位错运动的物理上严格的描述。我们还讨论了新的见解属于不同的滑移系的位错的相互作用。
2019-12-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Mechanistic transition between inter- and trans-granular creep cracking via a unified crystal plasticity-fracture framework
Tsinghua University（清华大学）；Beijing University of Technology（北京工业大学）
该研究通过统一晶体塑性-断裂框架，揭示了应力依赖的晶间与穿晶蠕变开裂机制转变，并量化了微观断裂机制与宏观蠕变断裂行为（如延性和寿命）的联系。
2026-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Machine-learning convex and texture-dependent macroscopic yield from crystal plasticity simulations
多晶材料的微观结构对其宏观变形响应的影响仍然是材料工程中的主要问题之一。对于以弹性-塑性形变响应为特征的材料，已经开发了表征晶体塑性（CP）的预测计算模型。然而，由于它们对计算资源的大量需求，CP模拟不能直接在诸如FE $^{2}$的分层计算模型中实现。这一瓶颈加剧了宏观模拟工具的发展，可以直接告知微观结构的数量的需要。使用三维有限元求解CP，我们生成一个宏观屈服函数数据库的基础上一般的加载条件和晶体学织构。我们进一步假设屈服函数与屈服函数的静水压力无关。利用统计建模的进步，我们描述并应用机器学习框架来预测宏观产量作为晶体学纹理的函数。通过使用部分输入凸神经网络作为预测工具，保证了数据驱动的屈服函数的凸性。此外，为了允许预测的屈服函数被直接纳入时间积分方案中，如有限元法所需，屈服面被解释为带符号距离函数水平集的边界。
2022-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Thermally Activated Plasticity in Single-Crystal Titanium: A Molecular Dynamics Study of Nanoscale Deformation
Institute for Technology of Nuclear and Other Mineral Raw Materials（核及其他矿物原料技术研究所）；National Centre for Nuclear Research（国家核研究中心）
本文利用大规模分子动力学模拟研究单晶α-Ti在不同取向和温度下的纳米压痕，揭示热激活如何调控位错形核、滑移系竞争及表面形貌。
2025-09-27 cond-mat.mtrl-sci
Crystal plasticity finite element simulation of lattice rotation and x-ray diffraction during laser shock-compression of Tantalum
韦克斯堡等等人[Nature 550 496（2017）]在LCLS X射线自由电子激光设施中使用超快原位X射线衍射来测量由冲击压缩激光驱动的[110]纤维织构化钽多晶中的滑移和变形孪晶引起的大晶格旋转。我们采用晶体塑性有限元方法模型，与滑移动力学密切基于各向同性位错为基础的利弗莫尔多尺度模型[巴顿等。例如，J. Appl.Phys.109（2011）]来分析该实验。我们阐明了晶格旋转度和塑性动力学之间的联系，表明在$\sim$ 27 GPa的冲击压力下，在相对缓慢的动力学机制（导致滑移系统激活的平衡模式，因此净晶格旋转相对较小）和快速动力学机制（由于成核的开始）之间发生转变。导致变形系统激活的不平衡图案，并因此导致大的净晶格旋转。我们证明了该模型与实验X射线衍射数据的晶格旋转之间的良好拟合，并表明该数据是变形动力学的约束。
2021-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Effects of Misorientation on Single Crystal Plasticity by Finite Element Methods
本文研究加载取向偏差对单晶晶体塑性有限元模型的影响，发现微小偏差会改变滑移系激活和应力-应变行为，并量化了其对[001]铜应力预测的显著影响。
2024-02-26 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
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
Molecular dynamics study of plasticity in Al-Cu alloy nanopillar due to compressive loading
本文采用分子动力学方法研究了压缩载荷对Al-Cu合金塑性的影响，研究了Al的晶向和合金元素（Cu）含量对合金塑性的影响。结果<001><110><111>表明，在Al的晶载方向上，Cu的合金化率最高可达10%，合金纳米柱的屈服强度和应变分别在晶载方向和晶载方向上最高<110><001>。进一步研究了位错密度和位错相互作用对纳米柱压应力应变行为的解释。
2017-11-04 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
Multi-scale plasticity homogenization of Sn-3Ag-0.5Cu: from β-Sn micropillars to polycrystals with intermetallics
采用微柱试验和率相关晶体塑性模型相结合的方法，系统地研究了$β$ -Sn单晶的力学性能。测定了$β$ -Sn单晶中几个关键滑移系的滑移强度和速率敏感性。数值预测和实验观察到的滑动痕迹之间的一致性已被证明为支柱定向激活单，双滑移。随后，温度依赖性，金属间尺寸控制行为的多晶$β$ -富锡合金SAC 305（96.5Sn-3Ag-0.5Cu重量%）的预测通过多尺度均匀化方法，和预测的温度和速率敏感性再现独立的实验结果。集成的实验和数值方法提供了机械的理解和基本的材料性能的微观结构敏感的行为的电子焊料受到热机械载荷，包括热疲劳。
2022-08-24 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
