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
Observation of Bulk Plasticity in a Polycrystalline Titanium Alloy by Diffraction Contrast Tomography and Topotomography
多晶金属的机械性能由3D微观结构内变形产生的缺陷的相互作用决定。在通过滑动变形的材料中，塑性通常在微观结构内高度不均匀。许多实验工具可以用来观察样品自由表面滑移事件的结果;然而，只有少数方法可以对这些事件进行批量成像。在这篇文章中，三维微结构内的体滑移事件的成像，使通过结合使用X射线衍射衬度层析成像和拓扑层析成像。通过高分辨率数字图像相关法、X射线衍射衬度层析法、形貌层析法和相位衬度层析法在Ti-7Al变形过程中的相关测量，研究了X射线形貌层析法在体块滑移事件观测中的灵敏度。比以前的研究能够映射更大的晶粒邻域，使滑移传输的定量测量。表面和散装晶粒之间观察到显着差异，表明需要三维观察塑性更好地了解多晶材料的变形。
2021-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical approach to the ductile fracture of polycrystalline solids
它在这里示出，通常是几个应变的短暂塑性应变后的断裂，是材料的多晶性质的必然结果。进行塑性形变的多晶体被建模为一个流动的连续的随机变形多面体，代表的晶粒，填充的空间，而不会留下空隙。相邻的晶粒滑动的相对速度成比例的局部剪切应力的平面上解决的共享晶界，当大于一个有限的阈值。多面体颗粒不断重塑以保持物质的连续性，导致颗粒滑动的力超过重塑颗粒的力。过去已经表明，该模型不守恒体积，导致流体静压随应变单调变化。这种效应在塑性理论中引入了一个新的概念，因为它决定了任何细晶多晶材料在有限的塑性应变后都会失效。在这里，流体静压力对应变的依赖性被明确地计算并示出具有对数发散，其确定断裂应变。理论结果与商业合金的力学试验给出的断裂应变的比较显示出很好的一致性。
2018-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Understanding Specimen- and Grain-Size Effects on Nanoscale Plastic Deformation Mechanisms and Mechanical Properties of Polycrystalline Yttria-Stabilized Tetragonal Zirconia Nanopillars
采用分子动力学模拟研究了样品尺寸和晶粒尺寸对多晶氧化钇稳定的四氧化锆（YSTZ）纳米柱纳米尺度塑性形变机制和力学性能的影响。通过对YSTZ柱状纳米柱的单轴压缩，研究了其沿晶和穿晶变形机制。揭示了包括晶界滑动和迁移、晶粒旋转以及晶界处非晶相形成在内的协同晶间变形。结果还揭示了部分位错的形成，它作为大晶粒的分裂器，并在促进晶粒的旋转，从而促进相邻晶粒之间的非晶到结晶相变中发挥重要作用。自由表面积与体积比的增加被认为是负责试样尺寸引起的软化现象，在杨氏模量和强度的减少时，观察到试样宽度从30 nm减少到10 nm。此外，随着平均晶粒尺寸从15 nm减小到5 nm，杨氏模量和强度降低。晶界密度被确定为负责所观察到的晶粒尺寸诱导的软化行为在多晶YSTZ纳米柱。变形机制由晶界非晶相的形成转变为晶界滑移与穿晶相变的竞争。此外，逆Hall-Petch关系揭示了描述晶粒尺寸和强度之间的相关性与晶粒尺寸小于15 nm的多晶YSTZ纳米柱。
2018-12-28 cond-mat.mtrl-sci
Influences of Granular Constraints and Surface Effects on the Heterogeneity of Elastic, Superelastic, and Plastic Responses of Polycrystalline Shape Memory Alloys
采用实验和模拟相结合的方法研究了多晶记忆合金在超弹性应力作用下的变形不均匀性。原位X射线衍射，特别是远场高能衍射显微镜（ff-HEDM）技术被用来非破坏性地测量的位置，晶体取向，弹性应变张量和体积为数百个奥氏体晶粒在超弹性加载的镍钛（NiTi）形状记忆合金的晶粒平均统计。该实验数据还用于在有限元模型内创建合成微结构。然后，利用各向异性弹性力学模拟拉伸加载过程中的晶内应力的发展。从这些应力中计算出相变和滑移的驱动力。单个奥氏体晶体的晶粒平均响应检查之前和之后的多个应力诱导的转变事件表明，在试样内部的晶粒进行更多的应力和塑性变形小于表面晶粒的超弹性响应摇下来。单个晶粒内的异质性检查表明，晶界附近的区域表现出较大的应力变化相比，晶粒内部。这种晶内异质性更强烈地驱动的约束，相邻的晶粒比初始应力状态和个别晶粒的取向。
2017-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic Indicators of the Ductile-to-Brittle Transition in Polycrystalline Tungsten: Temperature and Rhenium Effects on Crack-Tip Plasticity
Merrimack College（梅里马克学院）
该研究通过分子动力学模拟，探究温度和铼含量对多晶钨裂纹尖端塑性的影响，揭示了高应变速率下韧脆转变的原子级指标，为理解体心立方金属的断裂行为提供了依据。
2026-08-31 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
$ρ$-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
An integrated full-field model of concurrent plastic deformation and microstructure evolution: Application to 3D simulation of dynamic recrystallization in polycrystalline copper
在高温下的许多时间依赖性变形过程产生显著的并发微观结构变化，可以以深刻的方式改变机械性能。这种微观结构的演变通常是缺乏中尺度变形模型和模拟。在这里，我们提出了一个集成的全场建模方案，耦合的机械响应与底层的微观结构的演变。作为第一个演示，我们集成了基于快速傅立叶变换的弹粘塑性（FFT-EVP）模型与相场（PF）再结晶模型，并进行三维（3D）模拟多晶铜的动态再结晶（DRX）。FFT-EVP和PF之间基于物理的耦合是通过以下方式实现的：（1）在FFT-EVP中采用基于位错的本构模型，其允许将预测的位错密度分布转换为存储的能量分布并传递到PF，以及（2）实施用于DRX的随机成核模型。与实验DRX应力-应变曲线校准，集成模型能够提供全场的力学和微观结构信息，从DRX可以实现定量描述和分析。有人建议，DRX的启动发生显着早于以前的预测，由于非均匀变形。DRX晶粒被揭示为在晶界和结（例如，四重连接），并且在生长期间倾向于保持与旧晶粒的三线。由此产生的应力重分布被发现有深远的影响，随后的位错演化和软化。
2015-12-02 cond-mat.mtrl-sci
Nanosecond timescale plasticity in shock-compressed polycrystalline MgO: evidence for transition in mechanism above 100 GPa
Univ. Lille, CNRS, INRAE, Centrale Lille（里尔大学）；CNRS - DSI Meudon, Laboratoire PIMM (UMR 8006), ENSAM/CNAM（法国国家科学研究中心-迪昂尼莫顿研究所，PIMM实验室（ENSAM/巴黎国立工艺学院））；Sorbonne Université, Muséum National d’Histoire Naturelle（索邦大学，法国国家自然历史博物馆）；Osaka University（大阪大学）；European XFEL（欧洲自由电子激光实验室）；Commissariat a L’Energie Atomique (CEA)（法国原子能和替代能源委员会）
本研究以多晶MgO为对象，结合激光驱动冲击压缩与超快诊断技术及EVPSC模拟，发现其在95至175 GPa间主导滑移系随压力转变，为高速冲击下多晶陶瓷变形动力学提供新观测窗口。
2026-08-06 cond-mat.mtrl-sci
Mechanical behavior of steels: from fundamental mechanisms to macroscopic deformation
我的科学活动旨在了解和预测钢的机械行为，从基本机制到宏观变形。这篇手稿致力于研究高锰奥氏体钢的双晶效应（孪晶诱导塑性）和更传统的铁素体-马氏体钢的双相效应（DP效应）。
2014-01-08 cond-mat.mtrl-sci
Design of a High Strength, High Ductility 12 wt% Mn Medium Manganese Steel With Hierarchical Deformation Behaviour
研制了一种新型中锰钢，其成分为Fe-12 Mn-4.8Al-2Si-0.32C-0.3V，屈服强度为1.09GPa，抗拉强度为1.26GPa，延伸率为54%。热机械工艺路线被设计成工业上可转化的，并且包括在30分钟的亚温退火之前的热轧制和然后的温轧制。所得的显微组织由在乳制方向上被细奥氏体和铁素体晶粒的项链层包围的粗伸长的奥氏体晶粒组成。用中子衍射和电子背散射衍射（EBSD）技术研究了复合材料的拉伸行为。结果表明，粗奥氏体晶粒通过转变为马氏体而参与应变硬化的第一阶段，细奥氏体项链状晶粒通过孪晶和相变诱发塑性（TRIP）机制的混合参与应变硬化的第二阶段。这种分级变形行为有助于这种钢的特殊延展性。
2020-04-21 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic anisotropy of polycrystalline high-temperature ferromagnetic Mn$_x$Si$_{1-x}$ ($x\approx0.5$) alloy films
采用脉冲激光沉积（PLD）法在Al $_2$ O $_3$（0001）基片上生长了一系列Mn/$_x$ Si $_{1-x}$合金薄膜样品，在4 - 300 K温度范围内，采用宽频率范围的铁磁共振（FMR）测量方法进行了研究（f = 7 - 60 GHz）和磁场（H = 0 - 30 kOe）。对于x = 0.52 ~ 0.55的样品，铁磁共振数据显示出明显的铁磁性，居里温度T $_\text{C}$ ~ 300 K。这些样品表现出复杂的和不寻常的字符的磁各向异性描述的框架中的唯象模型作为一个组合的基本的二阶易平面各向异性贡献和额外的四阶单轴各向异性贡献的易方向垂直于膜平面。我们解释所获得的结果由多晶（马赛克）结构的薄膜所造成的薄膜-衬底晶格失配。在微晶边界处的额外应变的存在导致在膜平面中的基本不均匀的磁各向异性。
2015-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Modeling the Effects of Slip, Twinning, and Notch on the Deformation of Single-Crystal Austenitic Manganese Steel
Institute of Fundamental Technological Research, Polish Academy of Sciences（波兰科学院基础技术研究所）
本研究通过有限元模拟和实验，揭示了滑移、孪生和缺口对单晶奥氏体锰钢变形的相互作用机制。
2025-12-09 cond-mat.mtrl-sci
Finite-width adiabatic shear banding and dislocation patterning in mesoscale polycrystalline aggregates
Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）；Apple, Inc.（苹果公司）；University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）
本文通过细观位错力学模型和实验研究了多晶集合体在绝热条件下动态剪切带的形成，揭示了位错密度诱导的硬化效应以及细观结构演变对材料失效的影响。
2026-05-12 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation evolution during plastic deformation: Equations vs. discrete dislocation dynamics study
位错演化方程在晶体材料的位错性质和塑性行为的连续描述之间架起了一座桥梁。计算机模拟可以帮助我们验证这些演化方程，并找到它们的拟合参数。本文利用离散位错动力学建立了多晶薄膜中位错结构演化的连续介质模型。表达式被开发的激活位错源的密度，以及位错成核和湮灭率。我们展示了规模效应如何自然地进入演化方程。仿真结果与模型结果吻合较好。目前的方法是基于二维离散位错动力学模型，但可以扩展到三维模型。
2020-11-09 cond-mat.mtrl-sci
Understanding plasticity in zirconium using in-situ measurement of lattice rotations
了解多晶金属的变形对于将其用于高价值高风险应用至关重要。我们提出了原位表征的塑性形变的锆，六方密堆积（HCP），金属。塑性形变的分析是使用电子背散射衍射（EBSD）来揭示晶格取向的变化。通过TrueEBSD的实现，我们可以将晶格旋转关联回未变形的参考系。这使我们能够探索哪些滑移系是活跃的，以及均匀（即相对于外部载荷的变形）和非均匀（即相对于局部晶粒邻域的变形）的程度。此外，从我们的分析中，我们注意到，晶格旋转一致的一个显着的分数<a>金字塔slip.These结果放置在上下文中的变形和性能的HCP合金和锆合金用作核燃料包壳。
2019-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Incorporating precipitation-related effects on plastic anisotropy of age-hardenable aluminium alloys into crystal plasticity constitutive models
提出一种通过修改硬化法则将沉淀效应纳入晶体塑性本构模型的新方法，显著提升了AA6014-T4铝合金塑性各向异性的预测精度。
2024-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Experimental study on the influence of binders on plastic deformation during sintering of cubic boron nitride powder under high pressure and high temperature
在这项工作中，烧结多晶立方氮化硼（cBN）压坯，与碳氮化钛在1450°C的温度和5.5GPa的压力下在3分钟内分别制备作为粘合剂的TiC0.7N0.3和氮化钛（TiN），并通过X射线衍射（XRD）实验研究了粘结剂对cBN粉末烧结过程中塑性形变的影响。分析.结果表明，以碳氮化钛为粘结剂的烧结体比以氮化钛为粘结剂的烧结体表现出更强烈的cBN晶粒的塑性形变。该结果表明，如果粘合剂不同，则在高压和高温（HP-HT）下烧结cBN粉末期间形成的产物不同，使得在cBN晶界处的应力集中和钉扎效应（降低位错的移动性并防止退火）在两种情况下不同。
2016-04-27 cond-mat.mtrl-sci
High-rate Plastic Deformation of Nanocrystalline Tantalum to Large Strains: Molecular Dynamics Simulation
在这里，我们使用大规模的分子动力学（MD）模拟的高速率变形的纳米晶体钽调查的过程与塑性形变的应变高达100%。我们使用的初始原子配置，通过模拟的凝固在Streitz等人的工作[物理评论快报。96，（2006）225701]。这些3D多晶系统具有10-20 nm的典型晶粒尺寸。我们还研究了快速淬火液体（非晶态固体）钽。我们应用一个恒定的体积（等容），恒温（等温）剪切变形的应变率范围内，并计算得到的应力-应变曲线的大应变单轴和双轴压缩。我们研究的速率依赖性和识别塑性形变机制。通过一种新的技术，计算局部晶粒取向，返回它作为一个四元数为每个原子的机制的识别。我们发现位错和孪晶过程都很重要，它们在这些极细晶组织中的弱应变硬化中相互作用。
2009-02-26 cond-mat.mtrl-sci
Evidence of a two--dimensional grain sliding regime in the plastic deformation of micron and sub--micron films
铜和铝的亚微米薄膜的结构为贯穿整个薄膜的柱状晶粒阵列，因此是虚拟的二维多晶固体。假设晶界滑移是变形的主要机制，得到了二维塑性流动的封闭解。这里得到的理论结果与文献中出现的实验数据非常吻合，这表明在这个问题上需要进一步的工作。
2012-03-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
A non-local model for the description of twinning in polycrystalline materials in the context of infinitesimal strains: application to a magnesium alloy
提出一种考虑形变孪生的多晶塑性非局部模型，通过谱求解器模拟AZ31镁合金，揭示基面滑移与拉伸孪生共同控制力学行为，并验证织构与内应力演化的实验一致性。
2022-03-10 cond-mat.mtrl-sci
A three-dimensional constitutive model for the martensitic transformation in polycrystalline shape memory alloys under large deformation
建立了多晶记忆合金在大变形下马氏体相变的三维本构模型。通过利用对数应变和速率，该模型能够考虑基于SMA的组件可能承担的大应变和旋转，但也解决了当前商业有限元软件中广泛使用的不可积目标速率所引起的人为应力误差。该模型是通过经典的热力学定律结合标准的科尔曼-诺尔程序开发的。标量马氏体体积分数和二阶相变应变张量被选为内部状态变量，以捕捉多晶SMA所表现出的材料响应。通过自定义的材料子程序描述了该模型的详细实现过程。考虑SMA组件，包括杆，梁，扭矩管和固体柔性结构下的应力/热致相变的数值实验研究通过所提出的模型，并在循环载荷下的结果进行了比较Abaqus非线性求解器提供的预测。该模型的开发框架及其实施过程可以扩展到包括SMA所表现出的其他非线性现象，如相变诱导塑性、粘塑性和大变形下的损伤。
2019-03-06 cond-mat.mtrl-sci
Alloy Design for Mechanical Properties: Conquering the Length Scales
预测先进多相合金的结构响应和理解负责它的潜在微观机制是建模在合金开发中发挥的两个至关重要的作用。一种具有优良性能的合金，如高强度、抗蠕变性、高延展性和断裂韧性，不足以保证其广泛应用。尽管如此，仍然需要一个好的模型，以获得可测量的合金性能，如微观结构和化学成分，并预测合金在特定的机械变形条件下的表现，包括温度，时间和速率。在本报告中，我们强调了多尺度建模在阐明合金化，微观结构和机制对多晶合金力学性能的动力学耦合效应方面的最新成就。这些努力所获得的大部分理解都依赖于在许多长度和时间尺度上变化的计算工具的集成，从第一原理密度泛函理论，原子模拟方法，位错和缺陷理论，微观力学，相场建模，单晶塑性和多晶塑性。
2019-04-09 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectromotive force of hafnium at plastic deformation in regime of creep at temperature of 300 K
精确测量了晶粒尺寸为10 μm的多晶铪（Hf）在300 K蠕变区塑性形变过程中的温差电动势和电阻率。结果表明，热电动势的大小取决于形变机制的性质，这是由于形变过程中电子在铪晶格中不同结构缺陷上散射的大小发生了变化。主要研究结论是，在准确表征铪的过程中，热电动势测量方法比电阻率测量方法更能提供信息。
2013-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Hybrid Monte Carlo Simulation of Stress-Induced Texture Evolution with Inelastic Effects
采用混合蒙特卡罗（HMC）方法定量研究了非弹性变形对多晶材料微观结构演化的影响。这种方法耦合了一个时间显式材料点法（MPM）的变形与校准的Monte Carlo模型的晶界运动。一个率无关的晶体塑性模型来解释多晶体中的局部塑性形变。晶粒间的位错能差为织构演化提供了额外的驱动力。然后，通过MC和锐界面（SI）动力学模型之间的参数联系，将这种塑性驱动力带入MC范式。MC算法实现在一个并行化的设置使用棋盘更新计划。正如预期的那样，塑性加载有利于织构演变的晶粒具有较大的施密德因子相对于加载方向，这些是最容易被晶界运动去除的晶粒。一个宏观方程来预测这种织构的演变。
2010-07-20 cond-mat.mtrl-sci
Yielding Transitions and Grain-Size Effects in Dislocation Theory
本文采用前人提出的热力学位错理论分析了多晶固体中的屈服转变和晶粒尺寸效应。计算是基于1995年Meyers等人在应变硬化条件下对多晶铜的实验结果。主要的断言是，众所周知的霍尔-佩奇效应是由增强的强度的位错源在晶粒的边缘，而不是通常假设的阻力位错流穿过晶界。该理论描述了屈服点处弹性变形和塑性形变之间的快速转变，因此可以用来预测屈服应力和流动应力的晶粒尺寸依赖性
2017-01-29 cond-mat.mtrl-sci
Unusual plastic deformation and damage features in Titanium: experimental tests and constitutive modeling
本文对多晶纯钛的塑性形变和损伤进行了实验研究，并对所观察到的行为进行了模拟。从力学特性数据可以得出结论，该材料显示出各向异性和拉压不对称性。至于损伤，进行的X射线断层扫描测量显示，在这种HCP钛材料的损伤分布和演变是显着不同的典型的FCC材料，如铜。Stewart和Cazacu（2011）的各向异性弹塑性损伤模型用于描述该行为。该模型中涉及的所有材料参数都具有明确的物理意义，与塑性特性相关，并且基于很少的简单力学试验来确定。结果表明，该模型正确地预测了塑性形变中的各向异性，以及各向异性对钛中损伤分布和损伤累积的影响。具体而言，对于一个光滑的轴对称试样进行单轴拉伸，损伤开始在试样的中心，是扩散的，接近失败的损伤水平是非常低的。另一方面，对于受相同载荷的缺口试样，该模型预测，损伤开始在试样的外表面，并进一步增长从外表面到试样的中心，这证实了与原位层析数据。
2015-05-18 cond-mat.mtrl-sci
A unified framework for polycrystal plasticity with grain boundary evolution
多晶体中的塑性形变由晶内滑移和晶界介导塑性之间的相互作用控制。然而，虽然体位错所起的作用是相对较好的理解，晶界（GB）的贡献最近才开始研究。已知GB塑性与体塑性一起在宽范围的条件下起关键作用，例如动态恢复、超塑性、剧烈塑性形变等，并且开发能够同时捕获GB和体塑性的模型已经成为高度相关的主题。在本文中，我们开发了一个多晶塑性模型，能够模拟各种晶粒边界介导的塑性过程，结合体位错滑移的一致性。该模型从单晶的描述开始，并通过使用作者开发的专门设计的乘法分解来创建无晶格应变的多晶配置。这导致了一个特定的几何必要位错（GND），定义基本GB功能，如取向不良和倾斜的介绍。该系统的演变是基于能量泛函，该能量泛函使用GND张量的非标准函数来考虑晶界能以及标准弹性能。我们的实现建立在光滑的描述GBs的启发扩散界面模型的晶粒演化数值方便。我们通过模拟各种各样的现象，如剪切引起的GB滑动，耦合GB运动，曲率引起的晶粒旋转和收缩，并通过位错亚晶粒的形成，和结晶的方法的一般性和潜力。
2017-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Applied Machine Learning to Predict Stress Hotspots I: Face Centered Cubic Materials
我们通过整合基于全场晶体塑性的变形模型和机器学习技术来研究单轴拉伸变形下多晶材料中应力热点的形成，以获得有关微观结构特性的数据驱动见解。合成的3D微观结构被创建为代表普通铜合金的单相等轴微观结构。采用基于图像的快速傅里叶变换（FFT）技术，结合率敏感晶体塑性模型，对单轴拉伸变形进行了三维全场模拟，得到了局部微观力学场（应力和应变率）。应力热点被定义为具有高于应力分布的第90百分位的应力值的晶粒。然后，使用反映局部结晶学、几何学和连通性的度量来表征热点邻域。该数据用于创建输入特征向量，以训练随机森林学习算法，该算法预测将成为应力热点的晶粒。我们能够实现0.74的接收操作特性曲线（ROC AUC）下的面积为面心立方材料建模通用铜合金。结果显示了机器学习方法应用于多晶晶粒网络的能力和局限性。
2018-06-13 cond-mat.mtrl-sci
Kwinking as the plastic forming mechanism of B19' NiTi martensite
本研究提出B19' NiTi马氏体塑性成形的扭折孪晶（kwinking）机制，结合位错介导扭折与可逆孪晶，解释实验观察到的变形带，证明其可实现低能塑性变形，解决仅单滑移系下的多晶塑性变形难题。
2023-07-06 cond-mat.mtrl-sci
Interaction between deformation twinning and dislocation slip in polycrystalline solids
形变孪晶是一种常在低对称性晶体中观察到的永久形变形式，例如六方密堆积（hcp）金属。由于镁等高强度金属的高强度与重量比，近年来在结构、汽车和装甲应用中对使用镁等高强度金属的兴趣增加，因此需要全面了解变形孪晶及其与位错滑移的相互作用。在微观层面上，通过原子模拟，单个位错与孪晶界相互作用，在宏观层面上，通过忽略形态学并将孪晶视为“伪滑移”，已经学到了很多东西。然而，孪晶在多个晶粒上共同形成，具有影响整体行为的复杂形态。这些中尺度方面的研究较少，是本文的重点。我们提出了一个模型，描述了孪晶和滑移形态，其演变，并在一个统一的方式在几个晶粒的尺度上的相互作用，并用它来研究宏观行为的影响。其主要思想是将孪生的相场模型与滑移的晶体塑性模型相结合，并在图形处理单元上并行实现，以实现快速计算。
2022-02-07 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
Dislocation interactions mediated by grain boundaries
变形晶体中位错集合的动力学表明了集体现象、间歇波动和应变雪崩的出现。在多晶材料中，对塑性形变机制的理解取决于对晶界在位错运动中的作用的把握。在这里的位错和弹性，低角度晶界的相互作用进行了研究的离散位错表示的框架。我们允许晶界变形的位错应力场的影响下，并比较这样的扰动刚性晶粒bouches的情况下的效果。我们能够确定，无论是分析和数值，修正位错应力场作用于相邻的晶粒，介导的晶界变形。最后，我们讨论的雪崩统计的结论和后果，在多晶样品中观察到的。
2008-03-07 cond-mat.mtrl-sci
Prediction of the evolution of the stress field of polycrystals undergoing elastic-plastic deformation with a hybrid neural network model
晶体塑性理论常被用来预测多晶金属的介观状态，但其计算成本较高。使用具有卷积层的神经网络编码时间和空间的相关性，我们能够预测仅给定初始微观结构和外部载荷的应力场的演变。与我们最近的工作相比，我们不仅能够预测应力响应的空间平均值，而且能够预测场本身。我们表明，应力场和它们的速率是在高保真度与晶体塑性数据，并没有可见的文物。此外，整个弹性到完全塑性转变的应力分布与所提供的晶体塑性数据相匹配。最后，我们证明了训练模型在材料表征和优化任务中的有效性。
2019-10-08 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Piecewise model with two overlapped stages for the structure formation and hardening upon severe plastic deformation
金属微/纳米结构在剧烈塑性形变（SPD）过程中的演化规律尚缺乏理论解释，而实验数据却在不断增加。与理解SPD相关的主要问题是改变材料结构的几个竞争过程的协同效应。在本文中，我们提出了一个模型来揭示，作为自由拟合参数，应变断点，其中主要是一种机制，确定在SPD材料的微/纳米结构，从材料硬度与真实应变的实验数据。该模型被应用于分析SPD数据的纯多晶铁和两个独特的应变断点已被发现。
2020-06-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
A Three-dimensional Constitutive Model for Polycrystalline Shape Memory Alloys Under Large Strains Combined With Large Rotations
记忆合金（SMA）已经被广泛地意识到在工程工业中用作主动/智能变形结构的致动器。由于SMA的高致动能量密度，与其他活性物质相比，与基于SMA的致动器集成的结构在总体结构重量、完整性和功能性之间的权衡方面具有很高的优势。大多数SMA的本构模型是在无限小应变范围内开发的。然而，据报道，特定的SMA可以产生几乎高达8%-10%的转化应变，采用的无穷小应变假设不再合适。此外，工业应用可能需要SMA致动器在工作时经历大的旋转变形。结合上述两个事实，SMA的本构模型开发的有限变形框架是必要的。本文提出了一种考虑大应变、大转动的形状记忆合金三维本构模型。该模型利用对数应变作为大变形分析的有限应变测量，使得其速率形式的亚弹性本构关系可以一致地积分为基于自由能的超弹性本构关系。马氏体体积分数和二阶相变应变张量被选为内部状态变量来表征多晶SMA表现出的非弹性响应。所提出的配方和它的数值实施方案可以扩展到其他非弹性现象，如变形诱导塑性，粘塑性和蠕变下大变形在未来的工作。
2020-01-15 cond-mat.mtrl-sci
Effect of crystallographic twins on the elastoplastic response of polycrystals
本研究通过基于FFT的计算方法，探讨了晶体学孪晶对$γ$-TiAl多晶体弹塑性响应的影响，发现孪晶对屈服应力的影响在实际中可忽略不计（小于$1\%$）。
2024-02-15 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
Enhanced creep performance in a polycrystalline superalloy driven by atomic-scale phase transformation along planar faults
预测在役零件的机械失效需要了解其变形行为，以及相关的动态微观结构演化，直至近原子尺度。已知溶质与由塑性形变产生的缺陷相互作用，从而影响它们在整个微观结构中的位移，并因此影响材料对激发的机械响应。这种效果在这里研究了多晶镍基高温合金与两个不同的Nb含量，导致其蠕变寿命的显着变化。在750 ℃和600 MPa下的蠕变试验表明，高Nb合金在蠕变应变速率方面表现得更好。考虑到相似的初始微观结构，机械行为的差异归因于沿平面缺陷发生的相变，由不同类型的堆垛层错和合金成分控制。电子沟道衬度成像显示两种合金中存在堆垛层错。微孪晶仅在低Nb合金中观察到，部分地合理化较高的蠕变应变速率。在高铌合金中，原子探针断层扫描证明了两种不同类型的堆垛层错的分配行为的基础上。发现超晶格本征层错（SISF）富集在Nb，Co，Cr和Mo，而只有Nb和Co偏聚在超晶格非本征层错。基于它们的成分，局部相变沿故障发生的建议，导致在高铌合金蠕变应变速率较慢。相比之下，在低Nb合金中，主要发现富集Co、Cr、Nb和Mo的SISF。根据本文提出的结果和文献中的结果，提出了一种原子尺度驱动的合金设计方法，该方法控制并促进750 ℃下沿平面断层的局部相变，旨在设计具有增强的抗蠕变性的高温合金。
2020-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Yield-stress anomaly in equiatomic ZrNbTiVHf high-entropy alloys
对体心ZrNbTiVHf高熵合金的单相样品在室温至1150 K之间进行了塑性形变实验。实验是在具有两种不同晶粒尺寸的多晶样品上进行的，在10-4 l/s的真实恒定应变速率下压缩。增量试验，如应力松弛试验，应变率变化和温度变化进行，以确定热力学激活参数的塑性形变过程。该材料在约500和800 K之间的温度范围内显示出屈服应力异常，其中屈服应力随着温度的升高而增加。在相同的温度范围内，我们发现一个非常低的应变率依赖性的流动应力，这是反映在几乎恒定的流动应力值的应力松弛和应变率的变化。在低于400和高于800 K的温度下，我们发现规则的塑性形变行为与线性温度依赖性的屈服应力约为-1.1 MPa/K，激活体积约为1.8 nm 3和0.2 nm 3，在低和高应力，分别和激活焓为2.7 eV的高温范围内。
2019-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Prediction of ideal orientations in velocity gradient-driven processes for large plastic deformations of crystals
Université Sorbonne-Paris-Nord（巴黎索邦大学）；FEMTO-ST, Université Marie et Louis Pasteur（玛丽和路易·巴斯德大学）；IMAR, Romanian Academy（罗马尼亚科学院）
本文提出了一种简化模型，通过线性稳定性分析预测大塑性变形中晶体的理想取向和最终织构。
2025-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Direct detection of plasticity onset through total-strain profile evolution
NOMATEN Centre of Excellence, National Centre of Nuclear Research（NOMATEN卓越中心，国家核研究中心）；Department of Applied Physics, Aalto University（阿尔托大学应用物理系）
固体中的塑性屈服强烈地依赖于各种条件，例如温度和加载速率，并且实际上，结构材料中屈服点的样本依赖性知识提高了机械行为的可靠性。通常，屈服是通过小规模或大规模的受控机械测试来测量的，其方式是将弹性（应力）与总变形测量区分开，或者通过识别塑性滑移贡献。在本文中，我们认为，而不是单独的弹性/塑性测量，屈服可以解开通过统计分析的总应变波动的演变过程中测量的配置文件在现场，通过数字图像相关。我们展示了两种不同的方法，精确量化屈服位置在广泛适用的晶体塑性模型，适用于多晶固体，无论是通过使用主成分分析或离散小波变换。我们测试和比较这些方法在合成数据的多晶模拟和各种屈服响应，通过施加的加载速率和应变率敏感性指数的变化。
2021-07-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
In-situ studies of bulk deformation structures: Static properties under load and Dynamics during deformation
本论文的主要目的是对塑性变形多晶铜在低程度（<5%）拉伸变形下的变形结构进行原位研究。以铜为纯面心立方金属的模型体系。一种新的基于同步辐射的技术已经开发出来。该技术允许在拉伸变形过程中的多晶样品中的深嵌入的单个晶粒的反射的原位3D倒易空间映射。我们已经表明，由此产生的3D地图从铜，由明亮的尖峰叠加在云的强度增强。得出的结论是，个别峰产生的个别位错的位错结构中的无位错区（亚晶粒）。基于静态载荷下的数据，应变分布和单个亚晶粒之间的分析和比较复合型模型。此外，应力松弛和卸载的后果进行了讨论。通过连续和分步变形实验研究了位错结构的动力学。在此基础上，分析了亚晶形成的不稳定性和亚晶细化过程。
2007-08-29 cond-mat.mtrl-sci
In-situ Analysis of the Effect of Residual fcc Phase and Special Grain Boundaries on the Deformation Dynamics in Pure Cobalt
本研究通过原位声发射与非原位扫描电镜结合，发现残余fcc相和特殊71°晶界显著提升纯钴的可变形性和强度，其效应可超越晶粒尺寸，为晶界工程优化提供新途径。
2024-07-20 cond-mat.mtrl-sci
Understanding the kinetics of static recrystallization in Mg-Zn-Ca alloys using an integrated PRISMS simulation framework
University of Michigan（密歇根大学）
本研究利用整合的PRISMS模拟框架，通过实验数据验证，探讨Mg-Zn-Ca合金再结晶动力学及影响因素
2026-02-18 cond-mat.mtrl-sci
Dynamic recrystallization in adiabatic shear banding: effective-temperature model and comparison to experiments in ultrafine-grained titanium
动态再结晶（DRX）常与绝热剪切带（ASB）一起在多晶材料中观察到。与剪切带外的材料相比，剪切带中的再结晶纳米晶粒具有很少的位错。在本文中，我们重新制定了最近发展的Langer-Bouchbinder-Lookman（LBL）连续多晶塑性理论，包括晶界的创建。虽然剪切带不稳定性的出现，因为热加热比散热快，再结晶被解释为熵效应产生的位错的产生和晶界的形成之间的竞争。我们表明，我们的理论密切配合最近的结果在剪切超细晶钛。因此，该理论提供了一种系统地描述剪切带和其中再结晶晶粒的形成的方法。
2018-01-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Dislocation interaction with a tilt low angle grain boundary in bi-crystal SrTiO3
为探究陶瓷塑性变形中裂纹抑制机制，研究以带4°倾斜晶界的双晶SrTiO3为模型，结合室温布氏压痕、蚀坑成像与透射电镜，观察到位错在小角度晶界的塞积、存储与穿晶传递，为位错-晶界相互作用提供了新的介观尺度实验依据。
2025-09-05 cond-mat.mtrl-sci
Experimental and numerical analysis of cyclic deformation and fatigue behavior of a Mg-RE alloy
Mg-1 Mn-0.5Nd合金的应变控制疲劳合金进行了实验和模拟研究。显微组织由分散的强织构晶粒（13%）嵌入具有随机织构的晶粒基体中组成。循环应力-应变曲线显示有限的拉压各向异性，因为有限的织构。由于孪晶的存在，压缩下的循环硬化和拉伸下的循环软化发生。此外，断裂试样的孪晶体积分数取决于试样是在拉伸还是压缩下断裂，表明在整个疲劳寿命期间都会发生孪晶-去孪晶。采用计算均匀化方法模拟了多晶合金的力学响应。使用现象学晶体塑性模型对Mg晶粒的行为进行建模，该模型考虑了基底、棱柱和锥体滑移（包括各向同性和运动硬化）以及孪晶和去孪晶。模型参数由不同循环应变幅下的循环应力-应变曲线标定。数值模拟被用来了解占主导地位的变形机制，并预测疲劳寿命的疲劳指标参数的基础上，在每个疲劳周期的累积塑性剪切应变的装置。
2020-10-06 cond-mat.mtrl-sci
Statistical approach to flow stress and generalized Hall-Petch law for equilibrium polycrystalline materials
提出了一种适用于具有平衡缺陷结构（EDS）的PC材料的流变应力理论，该理论建立在PC材料经过一系列$N_0$相似处理后在固定温度T下剧烈塑性变形的基础上，并以稳定的标量位错密度（SDD）和平均晶粒尺寸d为特征。我们计算了静态SDD $ρ(b,d,T)$，并提出了一种方法来计算$\varepsilon$ -准静态加载下PC样品中的平衡SDD $ρ_{\varepsilon}$的演变取决于晶粒的平均尺寸$d$在$10^{-8}- 10^{-2}$ m的范围内，对晶界取向。对于给定的相和温度，在单位错系综的近似下，在向错-位错机制中实现了解析依赖性。它是基于一个统计模型的Boltzmann分布（光滑依赖于应变${\varepsilon}$）的离散能谱在每个晶粒的单模单相PC材料在塑性加载下的准静态水平与最高水平等于能量的位错具有最大长度。平衡SDD的差异，$ρ_{\varepsilon}- ρ$，导致流动应力从泰勒应变硬化机制包含（对于$\varepsilon$ = $0.002$）的正常和异常的霍尔-佩奇关系，分别为粗和纳米晶粒，并获得最大的絮凝物应力值的一个极端尺寸包含$10^{-8}- 10^{-7}$的顺序$10^{-8}- 10^{-7}$ m。随着温度的降低，最大值向大晶粒区域移动，显示出温度-尺寸效应。在T= 300 K时，对具有密排晶粒的BCC（$α$ -Fe）、FCC（…
2021-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Critical resolved shear stresses for slip and twinning in Mg-Y-Ca alloys and their effect on the ductility
研究了挤压态Mg-5 Y-0.08Ca（wt. %）合金进行了分析，通过微柱压缩测试单晶沿不同的取向-选择激活特定的变形模式-以及滑移痕迹分析，透射电子显微镜和透射菊池衍射。多晶合金在拉伸时表现出显著的延展性（约32%），拉伸和压缩之间的屈服强度差异可以忽略不计。发现固溶体中Y和Ca的存在导致<a>基底滑移（29 $\pm$ 5 MPa）、<c+a>锥体滑移（203 $\pm$ 7 MPa）和拉伸孪晶形核（148 MPa以上）的CRSS大幅增加，而棱柱滑移的CRSS<a>仅增加到105 $\pm$ 4 MPa。Mg-Y-Ca合金中滑移和拉伸孪晶的CRSS的变化改变了多晶体中的主要变形机制。特别地，拉伸孪晶<a>在沿a轴的压缩变形期间被棱柱滑移取代。孪晶的减少（其通常在织构化合金中的塑性形变中引起强各向异性）和棱柱滑移的激活<a>（其提供了具有有限硬化的额外塑性形变机制）是合金的大拉伸延展性的原因。
2023-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Modeling the complexity of acoustic emission spectra during intermittent plastic deformation: Power laws and multifractal spectra
声发射信号的标度不变幂律分布普遍存在于几种塑性变形材料中。然而，幂律分布的声发射能量报告在明显不同的塑性变形的情况下，如在hcp和，fcc的单晶和多晶样品表现出光滑的应力-应变曲线，并在稀金属合金表现出不连续的流动。这是令人惊讶的，因为在这两种类型的变形的基础位错机制是非常不同的。到目前为止，还没有模型预测幂律统计的不连续流。此外，在急动流中的声发射信号的统计甚至更复杂，需要多重分形措施进行适当的表征。也没有模型可以解释复杂的统计数据。在这里，我们解决的问题与三种类型的Portevin-Le Chatelier频带的声发射信号的统计特性。建立了以塑性应变率为源项的弹性自由度波动方程。使用从Ananthakrishna模型的Portevin-Le Chatelier效应的塑性应变率，我们计算对应于三个Portevin-Le Chatelier频带的声学发射光谱，用于进一步的统计表征。我们的研究结果表明，该模型预测的幂律统计的所有三种类型的Portevin-Le Chatelier带的指数值随应变速率的增加而增加。计算得到的这三种谱带类型的声发射信号的多重分形谱，C谱带的扩展最大，B谱带和A谱带的扩展最小。我们进一步表明，与Lüders带相关的声发射信号也表现出幂律分布和多重分形。
2017-12-17 cond-mat.mtrl-sci nlin.CD physics.app-ph
An analysis of the influence of grain size on the strength of FCC polycrystals by means of computational homogenization
采用基于多晶体集合体计算均匀化的多尺度策略，分析了晶粒尺寸对面心立方多晶体流变应力的影响。每个晶体的力学行为由基于位错的晶体塑性模型给出，其中临界分解剪应力遵循泰勒模型。变形过程中每个滑移系中位错的产生和湮灭由Kocks-Mecking模型给出，该模型经过修改以考虑晶界处的位错储存。以多晶Cu为例验证了模拟策略，所有模型参数均由位错动力学模拟或实验获得，模拟结果与文献中的实验数据吻合较好。该模型被应用于探讨不同的微观结构因素（初始位错密度，晶粒尺寸分布的宽度，织构）的晶粒尺寸效应的影响。结果发现，初始位错密度，$ρ_i$，起着主导作用的晶粒尺寸效应的大小和流动应力的依赖性与晶粒尺寸的逆幂（$σ_ y -σ_\infty \propto d_g^{-x}$）打破了大初始位错密度（$> 10^{14}$ m $^{-2}$）和晶粒尺寸$d_g > $ 40 $μ$ m FCC金属。然而，它被发现，晶粒尺寸的贡献强度遵循幂律函数的无量纲参数$d_g\sqrt{ρ_i}$的应用应变（$<$ 2 \%）的小值，与以前的理论考虑塑性的尺寸效应。
2018-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Orientation reconstruction of transformation $α$ titanium alloys via polarized light microscopy: methodology and assessment
本研究提出一种基于Burgers取向关系的偏振光显微镜取向重构方法，将钛合金取向缩小至四种可能，并在理想化样本上验证，显著提升晶体塑性模拟的变形场预测精度。
2025-01-20 cond-mat.mtrl-sci
