On the dependency of the parameters of fatigue crack growth from the fractal dimension of rough crack profiles
本文提出了一种基于量纲分析和裂纹轮廓分形几何学的理论研究，以建立它们的分形维数D（1<D<2）与定义疲劳裂纹扩展速率的参数之间的关系。Paris定律的指数m是裂纹轮廓分形维数的增函数，m=2D/（2-D）。这种趋势被证实的定量分析的断口图像的钛合金具有不同的晶粒尺寸（不同粗糙度的裂纹轮廓），通过一个新的实验测试和间接估计D从裂纹扩展方程占从裂纹尺寸的影响，在钢和铝。本研究可以被认为是第一个定量分析的断口图像，旨在有关的裂纹的形态特征，其动力学在疲劳。
2014-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Path differences between quasistatic and fatigue cracks in anisotropic media
该研究针对各向异性介质中裂纹扩展路径问题，通过实验与计算发现循环载荷下疲劳裂纹路径主要由载荷对称性决定，微结构影响可忽略，与受断裂能各向异性主导的准静态裂纹路径存在显著差异。
2024-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Quantitative assessment of the microstructural factors controlling the fatigue crack initiation mechanisms in AZ31 Mg alloy
利用滑移线分析和次级电子显微镜研究了织构AZ 31 B-O镁合金在两种不同循环应变半幅下的全反向循环变形过程中的变形和疲劳裂纹形核机制。由于不同的变形机制的激活，样品在两个方向上变形，导致对称和非对称的循环应力-应变曲线。它们被确定在纵向截面的标本，其中包括大量的颗粒（从1500至4500为每个标本），以获得统计学上显着的结果。如果占主导地位的变形机制是基底滑移和拉伸孪晶/脱孪晶，最具破坏性的疲劳裂纹沿大晶粒中的孪晶成核，连同平行于基底滑移带的裂纹，该基底滑移带与适合于基底滑移取向的小晶粒簇中的变形局部化相关。当变形机制为拉伸孪晶/退孪晶和锥体滑移时，最长的疲劳裂纹沿大晶粒中的锥体滑移带形核。在所有情况下都发现小晶粒周围的晶界裂纹，但从疲劳失效的角度来看，它们并不重要。该信息与评估微观结构特征对镁合金疲劳寿命的影响有关，并作为输入，使用疲劳指标参数模拟镁合金的疲劳行为。
2022-08-11 cond-mat.mtrl-sci
In situ high-cycle fatigue reveals the importance of grain boundary structure in nanocrystalline Cu-Zr
纳米晶体金属通常具有高的疲劳强度，但对裂纹扩展的抵抗力低。非晶晶界膜是无序的晶界络合物，其已被证明在单调加载期间通过扩散晶界应变集中来延迟裂纹成核和减缓裂纹扩展，这表明它们也可能有益于疲劳性能。为了探讨这一假设，在原位透射电子显微镜疲劳循环进行Cu-1原子%。Zr薄膜经热处理后，要么只具有有序的晶界，要么含有非晶的晶间膜。只有有序晶界的样品经历了晶粒粗化裂纹萌生，然后由不稳定的裂纹扩展和广泛的nanocracking，而含有非晶间膜的样品没有晶粒粗化裂纹萌生，然后由稳定的裂纹扩展和分布的塑性活动。通过简单的热处理控制这些行为的微结构设计可以允许纳米晶金属疲劳韧性的改善。
2018-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Evaluation of fatigue crack initiation using accumulated entropy
用累积熵评价了304不锈钢平板缺口试样的裂纹萌生。两个缺口半径已被研究，以捕捉裂纹萌生的热图和测量累积的热耗散。在R比为-1的拉-推载荷作用下，裂纹萌生和扩展的累积熵达到一定值后，断裂疲劳熵几乎保持不变。考虑了失稳变形的耗散，讨论了基于Kelvin-Voigt型单元的数学模型。滞弹性变形的影响已被研究在试验开始时的温度演变。
2022-08-26 cond-mat.mtrl-sci
Crystallographic evaluation of low cycle fatigue crack growth in a polycrystalline Ni based superalloy
本文探讨了Haynes 282光滑杆件低周疲劳裂纹扩展的微观机制。采用裂纹尖端张开角（CTOA）和最大切向应力（θMTS）两种参数化方法对裂纹进行了表征。CTOA的变化，随着裂纹的传播，表现出一个非线性衰减，然后由一个稳定的制度。局部KI和KII场的混合度与θMTS成正比，可通过测量局部偏转来评估。在裂纹周围，通过EBSD和滑移传递分析，讨论了晶粒不相容性的作用。对于有利于亚表面裂纹扩展的晶粒，弹性模量（EM）和施密德因子（SF）存在临界界限，并且这些值存在超过极限阈值。SF-EM图标记了材料中裂纹和未裂纹晶粒的区域。在疲劳裂纹扩展过程中，还发现了组织中有利的孪晶基体不相容性，在裂纹区有大量的（211）面孪晶。基于Luster-Morris参数（LMP）的滑移传递分析已经进行了详细的滑移活动，弹塑性不相容性，和晶界几何形状之间的相互关系的调查。
2021-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Cohesive zone modelling of hydrogen assisted fatigue crack growth: the role of trapping
研究了氢辅助疲劳裂纹扩展过程中微观结构陷阱的影响。为此，一个新的配方相结合的多陷阱应力辅助扩散，基于机制的应变梯度塑性和氢和疲劳相关的凝聚区模型，并进行了数值实现。结果表明，加载频率与有效扩散系数的比值控制疲劳裂纹扩展行为。增加不参与断裂过程的\emph{beneficial}陷阱的密度，导致较低的疲劳裂纹扩展速率。加载频率和碳化物陷阱密度的组合，最大限度地减少脆化敏感性被确定，耐氢合金的合理设计提供了基础。
2022-04-14 cond-mat.mtrl-sci cs.CE physics.app-ph
An FFT-based crystal plasticity phase-field model for micromechanical fatigue cracking based on the stored energy density
提出基于FFT的相场断裂框架，通过储能与位错密度定义损伤驱动力，模拟微观尺度疲劳裂纹萌生与扩展，预测裂纹路径、扩展速率及微观结构敏感性。
2023-04-03 cond-mat.mtrl-sci cs.CE physics.app-ph
The role of slip transfer at grain boundaries in the propagation of microstructurally short fatigue cracks in Ni-based superalloys
利用同步辐射辅助衍射和相衬层析技术研究了一种多晶镍基高温合金在高周疲劳条件下的裂纹萌生和扩展过程。裂纹沿最长的相干孪晶界成核预先存在于试样表面上，这是很好地定向滑移，并提出了一个大的弹性不相容性跨越它们。此外，微观结构短裂纹的传播被发现是由预先存在的晶界上的容易的滑移传递路径。这些信息只能通过表征技术获得，如这里介绍的那些，提供了完整的3D显微结构信息。
2018-11-26 cond-mat.mtrl-sci
A coupled phase field formulation for modelling fatigue cracking in lithium-ion battery electrode particles
电极颗粒开裂是导致电池容量下降的主要现象之一。最近的相场断裂研究调查了颗粒开裂行为。然而，只考虑了寿命的开始，而忽略了损伤累积等影响。在这里，一个多物理场相场疲劳模型已被开发，以研究裂纹扩展的电池电极颗粒经历数百个周期。此外，我们耦合我们的电化学机械配方与X射线CT成像模拟疲劳裂纹的现实颗粒微观结构。使用这个建模框架，非线性裂纹扩展行为的预测，导致观察到的裂纹面积与周期数的指数增加。观察到三个阶段的裂纹扩展（缓慢，加速和不稳定），与现象，如裂纹初始化凹区和裂纹聚结产生的疲劳裂纹扩展速率有显着的贡献。确定了C率、颗粒尺寸和初始裂纹长度的临界值，发现其低于文献中使用静态断裂模型所报道的临界值。因此，这项工作证明了在电池退化模型中考虑疲劳损伤的重要性，并提供了控制疲劳裂纹扩展以减轻电池容量退化的见解。
2022-06-25 cond-mat.mtrl-sci cs.CE physics.app-ph
Influence of grain size and grain boundary misorientation on the fatigue crack initiation mechanisms of textured AZ31 Mg alloy
研究了织构AZ 31 B-O镁合金沿轧制方向进行完全反向应变控制循环变形50次（约为疲劳寿命的33%）后的变形和裂纹萌生机制。在2100个晶粒中，有538个晶粒出现明显的变形带，对应于锥体滑移或拉伸孪晶。滑移痕迹分析表明，72.3%为锥体滑移带，18.4%为孪晶界。在9.1%的变形带晶粒中，同时存在锥滑移和孪晶。50次循环后，裂纹普遍存在。在约15%的小晶粒（< 20 $μ$ m）中发现晶界裂纹，并且它们主要与高角度晶界（>40度）相关联。在大晶粒（>45 $μ$ m）中，平行于锥体滑移带或孪晶界的穿晶裂纹也会产生裂纹。这些大晶粒中的大多数（>60%）在50次循环后呈现穿晶裂纹。
2021-09-17 cond-mat.mtrl-sci
Effect of grain disorientation on early fatigue crack propagation in face-centred-cubic polycristals: A three-dimensional dislocation dynamics investigation
采用三维位错动力学模拟方法研究了高周疲劳条件下面心立方双晶中微裂纹与第一微观结构势垒的相互作用。在检查配置，我们假设微裂纹传输发生由于表面浮雕生长在二次晶粒提前的主裂纹。这种间接的传输机制被证明强烈依赖于晶粒-1/晶粒-2取向不良。例如，小晶粒取向不良诱导塑性应变局部化提前的裂纹和更快的传输通过第一个障碍。相反，大晶粒-1/晶粒-2的取向障碍诱导塑性应变扩展类似于裂纹尖端钝化产生较慢的间接传输。一个半解析微观模型的基础上，目前的模拟结果和补充的实验观察，突出了原来的概念，第一屏障遵守。该模型捕捉众所周知的实验趋势，包括影响：晶粒尺寸，晶粒取向不良和微裂纹阻滞在第一个障碍。
2013-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Phase-Field Models for Fatigue Crack Growth
我们介绍了一类模型的基础上，近裂纹尖端退化的材料，可以占循环载荷下的断裂增长低于格里菲斯阈值。我们将逐渐退化，由于循环载荷通过一个流量方程，减少空间变化的参数控制的断裂韧性在裂纹尖端附近，与相和位移场放松到能量最小值，在每个时间步。虽然我们的方法是唯象的，它自然地再现了具有高指数的Paris定律，这是脆性疲劳裂纹扩展的特征。我们发现，当相场动力学的金斯堡-朗道型的弛豫时间相当于循环加载期间，或当退化发生在一个规模大于过程区的指数下降。除了再现巴黎定律，我们的方法可以用来模拟多个裂纹在任意复杂的几何形状在不同的负载条件下的增长所示的一些数值例子在二维和三维。
2018-12-28 cond-mat.mtrl-sci
Fatigue crack propagation in a quasi one-dimensional elasto-plastic model
采用格形弹簧模型，对准静态循环载荷作用下的疲劳裂纹扩展进行了数值和解析研究。该系统具有准一维几何形状，由两个对称的链组成，它们被拉开，从而使连接它们的弹簧断裂，并产生裂纹的前进。准静态裂纹扩展是由于形成链的弹簧中包含的塑性而发生的，这意味着每个弹簧的应力-应变曲线与历史有关。该模型的连续限制允许详细的分析处理，给出了物理的传播机制的洞察力。这个简单的模型捕捉的关键功能，导致众所周知的现象，在疲劳裂纹扩展，特别是一个巴黎式的法律裂纹前进循环载荷下，和过载阻滞效应。
2012-06-27 cond-mat.mtrl-sci math-ph math.MP
Phase field cohesive zone modeling for fatigue crack propagation in quasi-brittle materials
本文扩展相场内聚区方法以模拟准脆性材料（如混凝土）的疲劳裂纹扩展，通过多种疲劳行为和二维/三维边值问题验证，证明其能准确捕捉疲劳裂纹扩展，并给出改进预测能力的建议。
2024-02-04 cond-mat.mtrl-sci cs.CE physics.app-ph
Dislocation interactions and crack nucleation in a fatigued near-alpha titanium alloy
研究了近α钛合金Ti-6242 Si低周疲劳裂纹形核处的位错交互作用。合金中的循环塑性应变导致在初级α晶粒中的位错堆积，在初级α和两相区之间的边界处成核。这两个相区提供了一个障碍，初级α晶粒之间的滑移转移。我们认为裂纹形核发生在初生α晶粒的基面附近，是由Tanaka和Mura首先设想的亚表面双端堆积机制引起的。在<a>裂纹形核位置附近观察到基底位错上的超台阶。这两个相区显示出α 3位错在次级α板之间的直接传输，作为α [010]传输通过β韧带，然后在β中分解成（α/2）<111>位错网络。β韧带本身似乎并没有形成一个特别难以穿透的障碍，以滑动，在协议的微柱和晶体塑性研究张等。
2018-06-17 cond-mat.mtrl-sci
Effect of local anisotropy on fatigue crack initiation in a coarse grained nickel-base superalloy
在目前的工作中，理论方法，基于晶粒取向相关的杨氏模量和施密德因子被用来描述局部晶粒取向的影响裂纹萌生行为的粗晶镍基高温合金René 80。特别是对于具有大晶粒尺寸的强各向异性晶体结构，例如所研究的材料，必须考虑局部弹性性质以评估疲劳裂纹萌生。通过对施密德定律的推广，可以根据局部杨氏模量和施密德因子计算引发局部循环塑性形变的剪应力幅值。用100，000个样本进行的蒙特卡罗模拟显示了随机晶粒取向如何影响这些参数。此外，杨氏模量和施密德因子（称为$E\cdot m$）的产品被用作一个参数，以确定如何晶粒取向影响所得的剪切应力振幅为给定的总应变振幅。除了使用这种方法的理论工作，该模型也验证了使用等温LCF实验，通过确定局部晶粒取向的影响，裂纹萌生位点，使用SEM-EBSD分析。
2018-06-06 cond-mat.mtrl-sci
Corrosion fatigue crack initiation in ultrafine-grained near-a titanium alloy PT7M prepared by Rotary Swaging
本研究针对核工程用超细晶近α钛合金PT7M的腐蚀疲劳问题，发现旋转锻造制备的超细晶结构可提升其腐蚀疲劳抗力，揭示了退火温度与疲劳曲线斜率的非单调关系及微观机制，并观测到疲劳裂纹闭合效应。
2024-01-31 cond-mat.mtrl-sci
Multiaxial Fatigue Behaviour of A356-T6
对A356-T6铝合金进行了拉伸、扭转及复合载荷的全循环加载试验。结果表明，疲劳极限取决于最大主应力。断口分析表明，长剪切模式III传播与多个起始点下扭转。在其他载荷下，断裂表面显示出独特的初始位置与缺陷和I型裂纹扩展一致。使用复型技术，它已被证明，初始寿命是可以忽略的疲劳寿命接近1 E6周期的组合加载。自然裂纹扩展速率也被证明与类似材料中的长裂纹相当。
2014-06-04 cond-mat.mtrl-sci
Identifying fatigue crack initiation through analytical calculation of temporal compliance calibrated with Computed Tomography
本研究提出一种基于 Computed Tomography 校准的解析方法，通过计算材料柔度演变来评估 AlSi10Mg 和 SS316L 的疲劳裂纹萌生寿命，预测结果与 CT 成像最大差异仅 4.8%。
2024-07-18 cond-mat.mtrl-sci
Annotated digital image correlation displacement fields from fatigue crack growth experiments
Institute for Frontier Materials on Earth and in Space, German Aerospace Center (DLR)（德国航空航天中心地球与太空前沿材料研究所）
本研究提供了一个包含8,794个位移场的数据集，用于数据驱动的断裂力学研究，通过全场数字图像相关技术获取，并附带标注和元数据支持机器学习应用。
2026-02-11 cond-mat.mtrl-sci
A Phase-Field Approach to Fracture and Fatigue Analysis: Bridging Theory and Simulation
本文提出一种结合线弹性断裂力学与相场断裂的疲劳裂纹扩展框架，通过单次模拟和柔度导数评估集成Paris定律，在复杂几何中准确预测裂纹路径与疲劳寿命。
2025-09-10 cond-mat.mtrl-sci cs.NA math.NA
Computational predictions of hydrogen-assisted fatigue crack growth
本研究提出一种结合相场断裂疲劳描述、应力辅助氢扩散与韧性退化公式的氢辅助疲劳预测模型，无需氢疲劳数据校准即可实现多场景下的精准预测，还可确定试验参数与预充氢影响，支撑氢环境基础设施的虚拟测试。
2024-05-18 cond-mat.mtrl-sci cs.CE physics.app-ph
Damage accumulation during high temperature fatigue of Ti/SiC$_f$ metal matrix composites under different stress amplitudes
采用同步加速器X射线计算机断层成像（CT）和X射线衍射（XRD）技术，原位研究了不同应力幅下高强度TC 17钛合金/单向SiC纤维复合材料（纤维直径= 100 $μ$ m）在高温（350 °C）疲劳循环下的损伤机制和载荷重分布。通过CT绘制了裂纹和纤维断裂的三维形态。在稳定生长期间，基体开裂占主导地位，当绕过桥接纤维时，裂纹偏转（高度为50-100 $μ$ m）。少量的桥接纤维断裂接近基体裂纹平面，特别是在相对较高的应力幅循环。加载到峰值应力导致裂纹快速增长，伴随着纤维断裂的爆发。与稳定增长阶段相比，在快速增长阶段，许多纤维断裂发生在距基体裂纹面50-300 $μ$ m处，导致断裂表面上的广泛纤维拔出。在纤维负载，界面应力，和在裂纹附近的纤维-基体脱粘的程度的变化已映射为疲劳循环和快速增长后的高空间分辨率XRD。纤维/基体界面滑动延伸至裂纹平面两侧的600 $μ$ m（在稳定增长区）或700 $μ$ m（在快速增长区）。界面剪切应力的方向与加载周期，与最大摩擦滑动应力达到~55 MPa的稳定增长和快速增长的制度。
2021-02-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Fatigue in disordered media
我们得到的巴黎法律的疲劳裂纹扩展在无序的固体使用熔丝网络模型，在每个电阻器中的累积损伤随时间的增加作为局部电流振幅的幂律。当电阻器达到其疲劳阈值时，它会不可逆地燃烧。随着时间的推移，这会促使裂缝生长，直到系统断裂成两部分。我们研究了无序影响下裂纹扩展速率的宏观指数--进入唯象Paris定律--与微观损伤累积指数$γ$之间的关系。通过$γ$，还研究了扩展裂纹的跳跃方式，$Δa$和连续断裂之间的等待时间$Δt$取决于材料的类型。我们发现，这些量的平均值，$<Δa>$和$<Δt>/<t_r>$，规模作为幂律的裂纹长度$a$，$<Δa> \propto a^α$和$<Δt>/<t_r> \propto a^{-β}$，其中$<t_r>$是平均断裂时间。引人注目的是，我们的研究结果表明，对于小的值的$γ$，在巴黎定律的指数相比，均匀的情况下，减少，导致在断裂材料的寿命增加。对于$γ=0$的特殊情况，当疲劳完全由无序支配时，分析处理证实了通过模拟获得的结果。
2012-07-12 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Cyclic plasticity and fatigue damage of CrMnFeCoNi high entropy alloy fabricated by laser powder-bed fusion
CrMnFeCoNi高熵合金是高度可打印的，并且具有巨大的结构应用潜力。然而，在以往的研究中，没有显着的讨论循环塑性和疲劳损伤。本研究提供了重要的见解打印过程之间的联系，凝固组织，循环塑性和疲劳损伤演变的合金制造的激光粉末床融合。基于热力学的预测（通过扫描透射电子显微镜（STEM）能量色散X射线光谱（EDX）验证）表明，在所有考虑的打印参数中，Cr、Co和Fe分配到凝固单元的核心，而Mn和Ni分配到单元边界。位错滑移和形变孪晶都是导致塑性形变的主要原因。然而，前者被认为是循环塑性的单一主导机制。表面光洁度有助于显著延迟裂纹萌生，并导致未熔合孔隙成为裂纹萌生的主要来源。最重要的是，扫描策略显著影响晶粒排列和晶粒尺寸，导致对疲劳裂纹扩展的显著影响;特别是，在具有0°旋转的曲折扫描策略中观察到最高的裂纹扩展阻力，这归因于大多数柱状晶粒和沿着裂纹扩展路径的最小晶界间距。
2020-07-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Two-dimensional finite element simulation of fracture and fatigue behaviours of alumina microstructures for hip prosthesis
本文描述了一种纯氧化铝微结构（如髋关节假体中发现的微结构）的断裂和疲劳行为的二维（2D）有限元模拟。有限元模型的开发使用实际的Al2O3的微观结构和双线性内聚区法。模拟条件类似于在股骨头和髋关节假体的髋臼杯之间的干接触中的滑动区处发现的那些条件。施加接触应力以在模型中产生裂纹。所施加的应力的大小高于微观尺度下发现的应力。微观结构和接触应力的影响进行了研究裂纹的形成。此外，疲劳行为的微观结构是通过在循环载荷条件下进行模拟。结果表明，在显微结构中观察到的裂纹密度随所施加的接触应力的增加而增加。此外，在给定的接触应力范围内，裂纹密度相对于疲劳循环次数线性增加。同时，随着接触应力的增加，失效循环次数逐渐减少。最后，提出的有限元模拟提供了一种有效的方法来识别断裂和疲劳行为的微观结构提供的微观结构图像是可用的。
2012-04-02 cond-mat.mtrl-sci physics.med-ph
A comment on "Discussion on the use of the strain energy release rate for fatigue delamination characterization"
在最近一项非常有趣和具有启发性的提案中，Yao等人（2014）讨论了使用应变能释放率（SERR）作为表征复合材料疲劳分层增长的参数。他们认为，由于纤维桥接，疲劳分层数据受到R曲线行为的强烈影响，并认为更好的方法是将裂纹前进与试验机中测量的每循环总功相关联。这似乎比在经典的线性弹性断裂力学框架中将柔度估计为来自用于SERR的修改的柔度校准ASTM标准方程的实验曲线的线性拟合更有效。然而，我们表明，如果我们假设确实是线性行为（即LEFM），他们介绍的方法是完全等效的SERR之一，即巴黎类型的法律。正如Barenblatt和Botanical所知，疲劳裂纹扩展是一种弱形式的标度，只有当裂纹比任何其他特征尺寸长得多时，它才会给出Paris经典依赖性。巴黎定律不是物理学的基本定律，也不是像格里菲斯那样的能量平衡方程，而且巴赞特已经在混凝土中发现了由于内聚区引起的强烈尺寸效应。该建议是非常简单的，有趣的，因为它似乎表明，一个适当的缩放与凝聚力模型在裂纹尖端可以预测，虽然这似乎没有尝试在文献中。本建议的主要缺点是它不是预测性的，而是纯观察性的，因为它需要在疲劳过程期间实际测量功输入。
2020-12-07 cond-mat.mtrl-sci
A phase field model for hydrogen-assisted fatigue
我们提出了一个新的理论和数值相场为基础的配方预测氢辅助疲劳。耦合变形-扩散-损伤模型能够预测任意加载模式和试样几何形状的疲劳裂纹形核和扩展。氢在增加疲劳裂纹扩展速率和减少失效循环次数中的作用进行了研究。我们的数值实验，使映射的三个加载频率制度，自然恢复巴黎法律行为的各种氢浓度。此外，得到了缺口和光滑试样的虚S-N曲线，与实验结果吻合较好。
2021-08-30 cond-mat.mtrl-sci cs.CE physics.chem-ph
A novel framework to model the fatigue behavior of brittle materials based on a variational phase-field approach
提出了一种新的基于相场断裂方法的脆性材料疲劳行为变分模型。对标准正则化自由能泛函进行了修正，引入了一个疲劳退化函数，当适当的历史变量累积时，该函数有效地降低了断裂韧性。这种宏观方法允许再现脆性材料中疲劳裂纹扩展的主要已知特征。数值实验表明，Wöhler曲线、裂纹扩展速率曲线和Paris定律都能自然恢复，而Palmante-Miner准则和单调加载条件作为特例得到。
2018-11-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Analysis of Fracture and Fatigue using Lagrangian Mechanics
许多人都知道理论的弹性断裂起源于机管局格里菲斯，虽然格里菲斯使用的定理最低势能大多数人似乎不知道更广泛的影响，这一定理。如果它是在它的经典力学根内设置的，很明显它是拉格朗日量的限制形式。在断裂的高级文本中，裂纹被视为动态实体，应力波的作用被清楚地阐明。然而，在大多数关于断裂和疲劳的非高级文本中，应力波的作用要么不包括，要么不强调，往往导致对断裂基本原理的误解。本文将Griffiths方法扩展到稳态作用的概念中，并引入一个准静态应力波卸载模型，将能量释放机制与应力场联系起来。这导致了一个动态应力强度因子的定义，然后将该模型应用于完全弹性和弹塑性材料的疲劳，包括裂纹尖端塑性。对Griffiths裂纹和动态情况的结果进行了回溯，以确定所用方法的有效性。扩展到疲劳给出了重要的新结果，这表明对于弹塑性材料，循环中最大应力作为屈服应力的一部分的影响，称为屈服应力比，尚未被认识到。新形式的疲劳裂纹扩展关系的推导回答了许多长期存在的问题，巴黎定律。
2017-10-04 cond-mat.mtrl-sci physics.class-ph
The Origins of Asteroidal Rock Disaggregation: Interplay of Thermal Fatigue and Microstructure
无气天体上风化层的粒度和化学成分分布为研究太阳系的演化提供了线索。最近，日本宇宙航空研究开发机构隼鸟号航天器访问的小行星（25143）丝川的风化层被观测到含有毫米至厘米大小的颗粒。Itokawa巨石通常显示出圆形轮廓和表面纹理，似乎与陨石撞击过程中的机械破碎不一致;圆形轮廓被假设为地震震动造成的表面滚动和移动。我们提供了一个可能的解释，这些意见，通过探索在热疲劳过程中的球粒陨石的主裂纹扩展机制。我们提出了在原位演化的全场应变的表面上的温度和微观结构的函数，并观察和量化在热循环过程中的裂纹扩展。我们观察到，主疲劳裂纹路径优先遵循单矿物之间的界面，使它们完整的破碎后。这些观察结果解释通过一个基于微观结构的有限元模型，定量与我们的实验结果进行比较。这些结果的相互作用的热疲劳裂纹的微观结构可能最终使我们能够区分热致碎片和冲击产品。
2017-01-12 astro-ph.EP cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Overview of phase-field models for fatigue fracture in a unified framework
本文在统一变分框架下综述了现有相场疲劳断裂模型，将其按疲劳实现方式分为断裂韧性退化和裂纹驱动力附加项两类，并比较各模型特征，为模型选择与改进提供指导。
2023-05-30 cond-mat.mtrl-sci
Phase-field modeling of fatigue coupled to cyclic plasticity in an energetic formulation
本文提出了一个模型框架来描述脆性和韧性材料的循环破坏的驱动机制，包括循环塑性和疲劳裂纹扩展。一个变分模型设计使用率无关系统的能量制剂，耦合相场描述疲劳断裂的循环塑性模型，包括多表面运动硬化，梯度增强各向同性硬化/软化和棘轮效应。耦合模型嵌入了两个不同的疲劳效应。第一个捕获的低周疲劳的特征，驱动的塑性应变的积累，而第二个帐户的高周疲劳，驱动的自由能积累。这些机制之间的相互作用允许在力加载和位移加载下描述大范围的循环响应，如几个数值模拟所示。此外，相场断裂的方法占疲劳诱导裂纹的萌生和扩展。
2020-10-21 cond-mat.mtrl-sci cs.NA math.NA
Analysis of contributions of plastic deformation and intergranular corrosion to corrosion-fatigue failure of Al-Mg alloys
Lobachevsky University（罗巴切夫斯基大学）
本文研究了Al-Mg合金在腐蚀疲劳失效中的主要影响因素，揭示了低应力下孔蚀和晶间腐蚀以及高应力下塑性变形的作用。
2026-01-12 cond-mat.mtrl-sci
The role of dwell hold on the dislocation mechanisms of fatigue in a near alpha titanium alloy
在近α钛合金Ti6242Si中出现在高度错位取向的软/硬晶粒对中的位错结构进行了检查，在疲劳过程中施加和不施加载荷保持（停留）。软晶粒中的位错堆积导致相邻硬晶粒中的内应力，该内应力可以通过在局部Frank-Read源处的位错增殖来松弛，该过程通过在负载保持期间提供松弛时间来辅助。这一过程的速率被认为是由<c + a>锥体交叉滑移和基底连接的形成所控制的。<a>通过双滑移观察到高密度的棱柱堆积，以及在高度错位取向的晶粒对的软晶粒中的刃位错的成核，增加了开裂的可能性。<a>由这种堆积发展的应力集中被认为是更高的停留疲劳（单端堆积）比在低周疲劳（双端）。分析模型表明，在驻留疲劳中，由这种堆积产生的硬晶粒上的最大正应力将接近基底，约2.5度到（0002）。这为钛合金中驻留疲劳裂纹成核合理化的主要假设提供了支持，该假设来自Stroh堆积模型，并详细说明了由甩负荷引起并导致基底小面化的潜在位错现象。
2020-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Micromechanical fatigue experiments for validation of microstructure-sensitive fatigue simulation models
裂纹萌生控制高周疲劳寿命，并对微观结构细节敏感。虽然相应的微观结构敏感的模型是可用的，他们的验证是困难的。我们提出了一个验证框架，其中的疲劳测试是模仿在一个子建模模拟嵌入到试样的几何形状和采用实验边界条件的测量的微观结构。示例性地，将现象学晶体塑性模型应用于预测铁素体钢中的变形（EN 1.4003）。在常用的疲劳指标参数图的热点进行比较，从显微照片分割的损伤。随着数据的发布，框架基准未来的微机械疲劳模型。
2021-12-08 cond-mat.mtrl-sci cs.NA math.NA
FIP-GNN: Graph neural networks for scalable prediction of grain-level fatigue indicator parameters
提出图神经网络FIP-GNN，通过预测晶粒级疲劳指示参数并泛化至大体积微观结构，为高周疲劳建模提供高效且统计严谨的计算方案。
2024-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Fatigue and retention in the growth window of ferroelectric Hf0.5Zr0.5O2 thin films
外延生长窗口的Hf0.5Zr0.5O2的建立考虑到主要的铁电性能，薄膜必须同时呈现：高的反射极化，低疲劳和长的保留。薄膜和压印领域中的缺陷取决于沉积温度和氧压，分别对疲劳和保持力产生影响。疲劳随着衬底温度和压力而增加，如果使用低温，则保持时间短。当考虑所有主要的铁电性质（剩磁、耐久性和保持性）时，铁电Hf0.5Zr0.5O2的外延稳定的生长窗口较窄，但沉积温度和压力范围仍然足够宽。
2020-08-17 cond-mat.mtrl-sci
A universal crack tip correction algorithm discovered by physical deep symbolic regression
本文利用物理深度符号回归，从模拟裂纹数据中发现通用裂纹尖端修正公式，并应用于DIC实验数据，实现可靠检测，提升裂纹扩展曲线稳定性。
2024-03-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.app-ph
Atomistic simulations of twin boundary effect on the crack growth behaviour in BCC Fe
本文采用分子动力学模拟研究了孪晶界对体心立方铁单晶裂纹扩展行为的影响。研究了（111）$<$ 110 $>$（裂纹面/裂纹前缘）取向的原子级尖锐裂纹在恒应变速率下的扩展。为了研究孪晶界对裂纹扩展行为的影响，在垂直于裂纹扩展方向上引入了单个和多个孪晶界。结果表明，体心立方铁单晶中的（111）$<$ 110 $>$裂纹以脆性方式扩展。然而，随着孪晶界的引入，在裂纹尖端观察到明显的塑性形变。此外，增加孪晶界的数量增加了塑性形变的量，导致更好的抗裂性和高的失效应变。最后，一个有趣的关系已经观察到裂纹扩展速率和流动应力之间。
2021-12-01 cond-mat.mtrl-sci
A Griffith description of fracture for non-monotonic loading with application to fatigue
本文推广Griffith能量准则至非单调加载，将临界能量释放率视为随加载历史衰减的材料函数，统一描述单调与循环加载下大裂纹扩展，并验证于陶瓷、砂浆和PMMA的疲劳实验。
2024-04-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Crack growth by surface diffusion in viscoelastic media
我们讨论的自由边界问题的精神，稳态裂纹扩展。事实证明，模式I和模式III的情况是非常不同的彼此：特别是，模式III表现出显着的过渡到不稳定的裂纹扩展在较高的驱动力，和行为接近格里菲斯点完全通过裂纹表面耗散确定，而在模式I的断裂能重整化由于剩余的有限粘性耗散。中间的混合模式的情况下，允许稳态裂纹增长速度更高，导致推测，模式I裂纹可以是不稳定的裂纹前线的旋转。
2008-03-06 cond-mat.mtrl-sci
Super-Arrhenius dynamics for sub-critical crack growth in disordered brittle media
考虑热噪声引起的应力波动，研究了无序介质中热激活不可逆裂纹扩展问题。通过引入断裂阈值分布，描述了材料无序对二维脆性弹性材料中单裂纹亚临界扩展的影响。我们推导出与直接数值计算一致的裂纹扩展速度和材料寿命的分析预测。无序抑制了裂纹扩展过程：无序使裂纹扩展速度降低，寿命增加。更准确地说，寿命被证明遵循超阿耳修斯定律，有效温度为θ-θ_d，其中θ与结晶温度有关，θ_d与无序方差有关。
2005-11-07 cond-mat.mtrl-sci
Safe equilibrium and crack growth in inhomogeneous materials as a variational problem
建立了非均匀弹性裂纹体安全平衡的变分原理。使用标准的变分法，我们表明，裂纹保持在安全的平衡，只要虚拟增长裂纹的最大能量减少率是负的。当能量减少率为零时，裂纹开始向能量减少率最大的方向扩展。这个能量判据包含了He和Hutchinson（1989）提出的判据。作为一个应用，我们使用该准则来预测在双材料中的界面裂纹的扩展方向。
2021-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Crack growth resistance in metallic alloys: the role of isotropic versus kinematic hardening
研究了裂纹扩展阻力对各向同性硬化或随动硬化选择的敏感性。小规模屈服条件下的单调模式I裂纹的前进是通过一个具有牵引分离法的粘性区配方建模。R曲线是为表现出线性或幂律硬化的材料计算的。相对于各向同性硬化，运动硬化导致增强的裂纹扩展阻力。此外，运动硬化需要更大的裂纹扩展，以实现稳定状态。这些差异被追踪到裂纹尖端附近的材料元素的非比例加载作为裂纹的进展。的R-曲线的敏感性的内聚区的属性和材料应变硬化的水平进行了探讨，为各向同性和运动硬化。
2018-06-23 cond-mat.mtrl-sci
Fatigue Behavior of High-Entropy Alloys
本文综述近十年高熵合金疲劳行为的研究进展，涵盖多细分方向的实验与理论成果，分析加工及测试方法的影响与预测模型准确性，指出待解决问题与未来研究方向。
2025-02-22 cond-mat.mtrl-sci
Crack Growth Laws from Symmetry
回顾与Jennifer Hodgdon合作完成的工作，我们推导出混合模式三维断裂对称性允许的最一般的裂纹扩展定律。我们使用凝聚态物理中开发的系统来推导在长尺度和时间尺度上出现的新定律。在我们的推导中，我们提供了一个对称性解释的三种模式的断裂，我们重新推导的法律给出的裂纹扩展方向在二维断裂，我们推导出一个增长规律适合于三维模拟。我们简要地讨论了相关的工作之后，我们的，纳入无序，动力学，和其他内部变量。
2002-06-11 cond-mat.mtrl-sci
A new method for microscale cyclic crack growth characterization from notched microcantilevers and application to single crystalline tungsten and a metallic glass
大多数金属的寿命受到循环载荷的限制，最终导致疲劳失效。裂纹的不断扩展最终导致灾难性的破坏。提出了一种先进的方法，用于确定循环裂纹扩展的微观尺度上使用纳米压头，它允许表征> 10，000加载循环。它使用聚焦离子束制造缺口微悬臂梁。该方法已被验证的循环弯曲金属玻璃和钨微悬臂梁。实验表明，在两个样品的寿命期间，稳定的裂纹扩展。由于没有位错，金属玻璃显示出较小的塑性，但显示出由变形引起的剪切。在试验中确定的裂纹扩展速率遵循Paris幂律关系。结果是可靠的，可重复的，与宏观设置相当。由于该方法的灵活性，它适用于表征特定的微观结构特征，如单相，晶界或不同的晶粒取向。
2022-08-02 cond-mat.mtrl-sci
The influence of alloying on slip intermittency and the implications for dwell fatigue in titanium
驻留疲劳，即钛合金在低至60%的屈服应力下保持所经历的疲劳寿命的降低，与几种非包容式喷气发动机故障有关。长期以来，位错滑移被观察到是一种间歇性的、尺度桥接的现象，类似于地震中所见的现象，但在纳米级上，这导致人们猜测，大的应力爆发可能会促进裂缝的初始张开。在这里，我们观察到这样的应力爆发在单个晶粒的规模在原位，使用高能X射线衍射显微镜在Ti-7Al-O合金。这表明，有序Ti_3Al的析出的不利影响是增加了与滑移局部化有关的罕见的初滑移<a>和低<a>滑移破裂的幅度。相比之下，添加微量的O型硫化物是有益的，降低了基底滑移爆发的幅度<a>，增加了基底滑移和棱柱滑移之间的均匀性<a>。这进一步证明，当设计钛合金以抵抗保压疲劳时，应避免形成容易基面滑移定位的长路径。
2022-08-01 cond-mat.mtrl-sci
The role of plastic strain gradients in the crack growth resistance of metals
裂纹从短或长的预裂纹的前进是通过在应变梯度、弹塑性固体中的内聚区的渐进破坏来预测的。对于长裂纹和短裂纹，应变梯度的存在导致在静止裂纹尖端存在弹性区。这与以前忽略弹性应变的梯度固体的渐近分析形成鲜明对比。在裂纹尖端处的弹性奇异性的存在产生足够高以激活准解理的应力。对于长裂纹的情况下，裂纹扩展阻力曲线的预测范围很广的比率的内聚区强度屈服强度。值得注意的是，这一特点的弹性奇异性是保存短裂纹，导致严重降低拉伸延性。在定性方面，这些预测类似于那些离散位错计算，包括在裂纹尖端的无位错区的概念。
2019-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Slow crack growth : models and experiments
从理论和实验两方面分析了脆性材料中裂纹的慢扩展特性。我们提出了一个模型的基础上的热激活破裂过程。考虑到一个二维弹簧网络提交到外部负载和热噪声，我们表明，在网络中的一个预先存在的裂纹可能会缓慢增长，因为应力波动。一个解析解的裂纹长度的演变作为时间的函数，断裂时间和裂纹跳跃的统计。这些理论预测验证了实验研究的亚临界增长的一个单一的裂纹在薄纸张。理论预测和实验结果之间的一个很好的协议被发现。特别是，我们的模型表明，统计应力波动触发断裂事件在纳米尺度对应的纤维素微纤丝的直径。
2007-03-28 cond-mat.mtrl-sci
Nanostructured Ceramic Oxides with a Slow Crack Growth Resistance Close to Covalent Materials
氧化物陶瓷对缓慢裂纹生长敏感，因为水的吸附可发生在裂纹尖端，导致表面能在潮湿（或空气）条件下强烈降低。这是要求高的长期应用（如骨科植入物）的主要缺点。在这里，我们表明，一个特定的纳米结构的陶瓷氧化物可以导致抗裂性从未达到以前，类似于共价陶瓷。
2018-03-30 cond-mat.mtrl-sci
Slow crack growth in polycarbonate films
我们实验研究了单轴和恒定外加应力下聚碳酸酯薄膜中单个裂纹的缓慢生长。聚碳酸酯薄膜断裂的特殊性是在裂纹尖端出现火焰形宏观加工区。支持的聚碳酸酯薄膜的机械性能的实验研究，分析的应力依赖性的过程区和裂纹长度之间的平均比率，在裂纹生长过程中，显示与Dugdale-Barenblatt模型的塑性加工区的定量协议。我们发现，断裂扩展曲线服从强标度特性，导致一个定义良好的增长主曲线。
2007-06-25 cond-mat.mtrl-sci physics.class-ph
