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2015年9月学报俱乐部主题:晶体弹塑性运动学:F=FeFp

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这个月的博客主要关注有限弹塑性连续介质力学中最常见的运动学假设之一:乘法分解。这个表达式对物体的变形梯度进行乘法分解进入到弹性()和塑胶()变形张量;这将在位错介导的塑性变形的背景下进行讨论。

起源

乘法分解背后的思想李和刘1967李1969年)为材料弹性变形完全松弛时变形映射的链式法则,如图1(a)所示。在这种情况下,可以分解变形映射,在拉格朗日描述中将参考位形和变形位形联系起来,如,自然会随之而来。

图1:具有相容(a)和不相容(b)中间“构型”的弹塑性变形。

然而,由于位错的存在,这种弹性松弛通常是不可能的。当这些缺陷包含在材料内部时,它们自然会在其周围引起弹性变形,从而阻止了弹性和塑性贡献之间的分离,参见图1 (b)。然后,中间配置通常与在物理上是不可实现的,换句话说,是不相容的(),并且乘法分解的链式法则的参数不再有效。

问题和争议的来源

缺乏物理上可实现的中间构型引起了许多问题,例如单个张量的精确物理意义,乘法分解(格林和纳吉迪1971年Deseri和Owen 2002),它的独特性(李1969年大米1971曼德尔1973Nemat-Nasser 1979Dafalias 1998),或针对体内脱位含量采取适当措施(Steinmann 1996Acharya和Bassani 2000Cermelli and Gurtin 2001).

这些争议导致了各种各样的研究,试图提供一个微观力学的理解戴维森1995Deseri和Owen 2002Reina and Conti 2014Reina et al. 2015).总变形梯度的可选分解也被提出:其中一些是加性的(格林和纳吉,1971年Nemat-Nasser 1979Zbib 1993Pantelides 1994戴维森1995),而其他的则是两个的乘积(克利夫顿1972Lubarda 1999)或三个张量(狮子2000克莱顿和麦克道尔2003Hennan and Anand 2009).

F=FeFp的微观力学理解

如前所述,在连续尺度上,弹性和塑性对总变形的贡献不是一个微不足道的问题。然而,在介观尺度上,位错和活动滑动面得到了解决(用下标表示)),变形的弹塑性机制分化明显,不相容集中在位错线上。然后就有可能从运动学的考虑,得到数学上一致的定义是唯一给定的Reina and Conti 2014Reina et al. 2015).我们感兴趣的宏观量那么可以定义为相应介观物体的极限为(相当于在真实材料中缩小的过程)。这提供了不同变形张量的定义:(i)从微观结构中明确且唯一地给出;(ii)不使用任何物理上不可实现的中间配置;(iii)不假定它们之间存在任何先验关系。

图2:包含边缘位错的二维弹塑性变形示意图。跳跃集(滑动平面)在参考配置中用红色表示。汉堡向量,,和跳跃集的法线,也在图中显示。

更具体地说,在细观尺度上的变形映射,,可以通过函数来描述,除了发生滑移的平面(运动过程中被位错扫过的区域),函数在其他地方都是连续的,见图2。它们的分布梯度,,(不连续函数的梯度概念的推广)很好地表征了变形梯度,并导致了变形梯度的一致定义(见Reina and Conti 2014为了更精确的数学表征):

。(1)

它由一个绝对连续的部分组成,和一个奇异的部分,,在发生滑移的平面上有支撑(跳集);参见图2。的数量表示某一点的位移跳变在跳跃集上,即。,其中+边是法线表示的那条到飞机上。当参考配置是完美晶体时,如图2所示,发生跳跃的集合应该是平面的(滑移平面),并且跳跃必须满足额外的晶体学约束。对于一个单一的主动滑动系统,

,, (2)

在哪里是伯格向量;参见图2。方程2表明,在滑移发生后,滑移平面上被参考构型中的Burgers向量分开的原子彼此结合。

式(1)中的第一项,,表示远离滑移面的标准梯度,因此可以用弹性变形张量进行物理识别(注意,通过构造,然而一般不会消失)。关于的定义,我们注意到,在介观尺度上,不相容在物理上集中在位错处。然后有可能在每个子域中找到远离位错的局部分解形式和识别。可以证明,这些局部分解在翻译之前是唯一的是唯一且全局定义的(引理5.2Reina et al. 2015).然后,将式(1)应用于图3所示的纯塑性变形,可以得到的一般表达式为

, (3)

在哪里由于缺乏弹性畸变,第二项的总和是在参考配置中的所有滑移面(跳跃集)上执行的。跳跃集可以在数学上被确定为点的轨迹,其中是不连续的,并且物理上对应于单个卡瓦回拉到参考结构,按照它们发生的顺序。虽然这种回调似乎是人为的,但它完全是由于所采用的拉格朗日描述,并且它编码了有限运动学设置中顺序变形的非交换特性。我们进一步注意到,在这种回拉操作的诱导下,通过的晶体学约束在每个点上定义的Burgers向量)并不总是正常的;例如,请参阅图3中的摘录,其中表示了对Burgers向量的支持。

图3:由沿两个正交滑移系的滑移组成(从左到右)引起的塑性变形。从上到下的变形将序列的元素表示为。最后一行图像对应于连续体极限。

上面的介观描述提供了全局唯一的定义。它们的极限是(例如图3中相容塑性变形的顺序),分别导致了一个独特的定义。然后可以证明乘法分解在宏观尺度上与(式的定理6.3和6.4Reina et al. 2015),而且满足经典的速率公式大米1971(正式的结果,Reina and Conti 2014).此外,还显式计算了上的旋度算子并且适合升级到连续体极限,铅作为位错密度张量在参考构型中表示时的一致定义(注意,只有当参考构型是完美晶体时才成立),参见定理6.2Reina et al. 2015

上述结果提供了对乘法分解的严格的运动学理解,在那里分别测量由弹性和塑性机制引起的形状变化。由于证明过程中涉及的数学复杂性,目前的推导仅限于二维弹塑性变形。重要的是,这些结果并没有使总变形梯度的其他分解无效,因为它高度依赖于分解中单个张量的精确定义;而这些定义对于本构关系的发展和内部变量的演化方程是必不可少的。

讨论

提出的这个话题当然是有争议的,关于这个主题有大量的文献。虽然在引言中引用了许多重要的研究,但参考文献和作者的名单还远远不够全面。关于微观力学的理由如上所述,这代表了作者对这个主题的看法。欢迎其他意见和参考资料。

致谢

我要感谢我的合作者以及劳伦斯奖学金,豪斯多夫数学中心和国家科学基金会(CMMI-1401537)过去和现在的财政支持。

评论

一个错误的问题。因为乘法分解和加性分解在形式上是等价的:人们总是可以定义适当的“应变”度量,使这两种分解相互暗示。具体来说,如果我们把乘法分解看作是运动的“参数化”,事情就变得非常简单了。在“可塑性和非施密德效应”-Proc.R.Soc.A-2014的附录A中可以找到该论点的概要。

所以真正的问题不是哪一个更好,或者哪一个有更多的物理支持(我敢打赌,所有支持一个的“微观力学”论点都可以很容易地用来证明另一个具有相同的“性质”;事实上,如果一个人能够先验地区分这两种分解,那将是令人惊讶的);问题是我们如何根据塑性应变(-率)的定义正确地写出应力-应变关系。在宏观层面上,一般来说,对于金属塑性的描述,无论我们使用什么应变测量(或分解),流动规律总是不变的
关联,即塑性率总是与屈服面的外部单位法向有关。现在,即使非施密德效应被忽略,这可能不会减少到经典的正态性规则。这种最简单和最实用的形式(流动规律)只有在采用特定的应变测量时才能得到。

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亲爱的斯蒂芬,

谢谢你的评论。这两个问题(运动学和本构关系)实际上并不是相互独立的。两者应该是一致的,两者都是需要的。

一个非常重要的方面,正如你提到的,是有适当的状态和内部变量来描述材料的行为。这些可能包括,例如,由于它在晶体可塑性中是常见的,其中定义为。但是这些量和不是独立的。接下来的问题是怎么做,独立定义,相互关联。这就是微观力学理解部分发挥作用的地方。

当然,有人可能会争辩说,其他内部变量更适合描述材料的行为(这确实是一个非常棘手和重要的问题)。在这种情况下,它们与,或等价量,必须推导(而不是假设),这项任务远非微不足道(参见前面提到的引理和定理的证明)。例如,在加性分解中出现的Cp量在介观尺度上不能很好地定义,如是一个奇异量,是两个这样的奇异量的乘积(转置和)并没有很好地表征(它类似于两个狄拉克函数的乘积)。

这篇文章不是关于哪种分解更好,而是关于对一种特定分解的理解,即最流行的分解,。这一点实际上是在讨论部分之前的段落中提出的,为了清楚起见,在这里重复一遍。的理解的独立定义,并不意味着其他的分解。这将取决于所使用变量的精确定义。

最好的问候,

西莉亚

谢谢你的评论。请放心,我无意转移“九月主题”的话题。恰恰相反。去年,我使用了(几乎)与您在这里描述的相同的方法,但在晶界滑动(GBS)的背景下,因此一定是真的,想法真的“漂浮”在空气中(另见Weismuller等人的论文,“晶界滑动的多晶变形的运动学”,Acta Mater。, 2011)。不幸的是,由于其他的研究重点,更实际和应用的性质,我对这个美丽的话题的笔记目前还不完整,但在不久的将来,我希望我能找到时间把它们提供给大家。

然而,你可能会同意,多晶的成分(颗粒)可能相互滑动的情况与具有内部滑动表面的单晶没有太大不同。然后我可以证明,在一般情况下,使用Hill的均匀化过程,总的响应
的多晶体可以用经典的框架来描述:

1)运动学,将整体变形率加性分解为“弹性”和“塑性”分量,D=De+Dp;

2)本构响应Td=K:[D-Dp],其中Td为整体柯西应力的适当比率。

在此过程中,我们获得了关于晶体塑性和GBS的微观力学事件的Dp解释。

我认为,同样的方法也适用于获得具有内部滑动表面的单晶的总体响应,即加法(速率)分解。

最好,斯蒂芬

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亲爱的斯蒂芬,

我期待看到你的论文,了解你的推导细节。

最好的问候,

西莉亚

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亲爱的西莉亚。

当然,并非所有三个变形梯度都是独立的。有F写进化F正如你在帖子中所描述的,FE变成因变量。我不明白的是你所说的独立定义是什么意思FFe和Fp。

Mohsen

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亲爱的Mohsen,

一般来说,乘法分解是假设的,因此三个变形张量不是独立的。在我们的工作中,我们采取了不同的方法,并为单个张量提供了独立的定义,从中我们证明(而不是假设)乘法分解成立(Reina et al. 2015).这些定义是:

-

-是变形梯度的绝对连续部分在中尺度上的极限,因此它在物理上代表弹性变形。

-表示塑性变形,满足

有趣的是,从这些定义来看,在介观尺度上不成立但在连续体极限下成立。

最好的问候,

西莉亚

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西莉亚。

注:虽然在您的设置中,C_p在中尺度上确实没有很好地定义,但可以在中尺度上定义F_p,从而定义C_p。只要把F^p_\的定义中的跳跃部分除以l_\,其中l_\是支撑跳跃部分的层的宽度也就是将不连续面展开到一个层。让l__epsilon趋于零,因为\epsilon在升级时趋于零。然后在中尺度上,一切都是非奇异的,没有非平凡的度量,分析可以通过类似Stokes-Helmholtz的正交分解来进行。在极限情况下,当epslon趋近于0时,你就完全恢复了你的中尺度结构。第三节

固体中相界与位错相互作用的连续统力学

描述了这一点。例如,在eqn2中,当层宽趋近于0时,A的极限就是绝对连续的部分w.r.t,勒贝格测量的F_\(在极限和远离它的地方都有非零旋度),梯度B的极限就是F_\,而-WV的极限就是F^p_\。

本质上,在我看来,当你在你所处的环境中处理测度时,只有当F_\是一个非平凡测度时,也就是当它确实有奇异内容时,你才会得到一个非卷曲的绝对连续部分。用我描述它的方式,即使是平滑的,你也可以有一个非平凡的,非无卷曲的弹性扭曲。在你所做的事情中,在中尺度上虽然你有一个奇异的F_\而在我所说的,这只会发生在宏观尺度上。

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亲爱的阿米特,

是的,我的意思是在我们的环境中没有很好地定义Cp。当然,我们可以将塑性变形规整化,得到一个定义明确的产品。我们这样做是为了证明塑性变形张量的行列式是1,因为行列式包含乘积。然而,这项研究不会是微不足道的。在这种情况下,人们会面临这样的事实,一般来说,乘积的极限和极限的乘积并不一致。

在我们使用的半连续公式中,如果没有奇异部分,弹性变形张量(绝对连续部分)确实是无旋度的。但这是完全自然和物理的,就像F=Fe那样。

非常感谢您的推荐。我会详细阅读,如果有任何问题我会回复你。

最好的问候,

西莉亚

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嗨,西莉亚:是的,我同意,达到产品的极限不是微不足道的——一般来说,达到极限是不微不足道的,不是吗,否则你就不会有两篇论文我们在这里讨论这个问题了,对吗?:)但是,人们想要更好地定义极限的序列,是一个最低要求。

至于什么是完全自然和物理的精细比例模型是开放的解释。正如我所看到的,我希望在微观尺度上一切都尽可能地平滑,这样至少有希望存在一个完整模型的解决方案(不仅仅是运动学,还有静力学和动力学),然后人们可以考虑这些模型在宏观尺度上的限制。从这个角度来看,在微观理论中引入非线性的单一测量(滑移线可能仍然可以,但对于任何一种非线性偏微分理论来说,位错都是非常坏的消息)真的会把事情搞砸。记住这一切,我的观点是,人们希望能够提出并解决实际的动力学问题,个体和集体的错位运动和静力学在微观尺度上的连续场,就像我们在这里做的那样

位错的准静态、超音速、原子和构造尺度应用的单一理论

在这里

场位错力学拟线性模型的行波解

在这里

平衡方程能预测所有的物理平衡吗?场位错力学的一个案例研究

这里

论场位错力学理论中的一个方程

(而且,为了广告的真实性,我必须说,虽然我确实为上一篇论文做出了贡献,但我几乎不能在这里坚持完整的数学!生意很难做!!)

然后提出如何扩大这种动态的问题。考虑到所涉及的(自然的)非线性,我认为即使你也会同意,在微观尺度上使用具有位错的单一测量方法,对于随后的升级问题,甚至在微观尺度上,都不是一个可行的解决方案。

此外,正如您所看到的,我们解决各种各样的自然物理问题与是非奇异位错静力学和动力学理论——所以没有普遍性和“身体”这样做——我想说,事实上,它只是更自然有一个光滑的微观理论在宏观的领域限制可能看起来奇异然后升级甚至理论的形式可能会改变(因为诸如限制的产品并不限制干预)。毕竟,在原子尺度上,总是存在原子间尺度来规范滑移面,所以没有什么是真正单一的!一个人可以说是在更大的中尺度上运作,但我们又回到了非线性测量的问题上。

因此,即使在总变形梯度中没有奇异部分,F不等于F^e也可以是绝对自然和物理的-这实际上可以解决许多位错问题-无论是静力学还是动力学。

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亲爱的阿米特,

在我看来,滑移的尖锐和扩散模型都是同样有效的;实际上,人们希望/希望这些差异在连续体极限下无关紧要。这种情况经常发生。例如,当我们正则化塑性变形张量来证明行列式时,我们证明了奇异测度和它的光滑版本收敛于完全相同的连续量,因此它们在物理上是有效的。

使用一种或另一种方法通常是一个品味问题,在某些情况下,它可能取决于一个人试图解决的问题和一个人打算使用的技术。在我们的例子中,我们试图研究乘法分解,为此我们希望对弹性和塑性变形有独立的测量。在这种情况下,由于两种机制(弹性变形和滑移)可以从运动学参数中进行物理识别,因此在不连续表面上进行滑移要方便得多。如果从一开始就使用弥漫性界面模型,那么区分强弹性剪切和弥漫性滑移就会困难得多。人们可能不得不为它引入有力的论据,这将使分析复杂化。

关于单度量的进化,我认为这是没有问题的(至少对于某些问题来说)。我看过一些著作,它们处理粒子模型和位错的经验测度(即奇异测度的总和)演化的连续极限。但到目前为止,我自己还没有处理过这类问题。

最好的问候,

西莉亚

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对于pde,你确实需要一些平滑,特别是对于非线性pde。鉴于此,如果你说奇异测度作为非线性进化的“解”没有问题,我接受你的观点。时间会证明一切.....

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亲爱的阿米特,

我对这个话题一点也不了解,我认为最好和一位研究度量的数学家专家讨论这些问题。有些人已经计算出了离散粒子的流体力学极限,得到了它们的连续演化,这是我想说的唯一一件事,因为这些事情是通过关于演化的单一测量的极限来实现的。可能出现或存在的困难,我不知道,你当然更清楚。

最好的

西莉亚

亲爱的阿米特,

你指出了一个微妙的区别。例如,在弹性(或椭圆问题)中,奇异测度通常以边界条件(如Eshelby的包含问题)或点/集中力(Green的积分法)的形式出现。(这两种情况并没有那么明显,因为前者的问题通常通过将其归结为后者来解决。)在这些“奇异”情况下,解几乎在任何地方都是光滑的。但它们在孤立的点、线或面上确实有奇点,同时仍然保留了它们的度量特征(当与测试函数集成时,它们产生有限的数字)。为了进化
问题,移动点力的例子显示了相同的模式。所以广义解(在分布的意义上)不应该被排除在外(至少在数学的基础上)。没错,我的例子是取自线性PDE的领域……

最好,斯蒂芬

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阿米特·阿查里亚、罗宾·j·诺普斯、杰亚巴尔·西瓦洛加纳坦(2019)论线性位错场的结构理论固体力学与物理学报, 130, 216-244。

特别是第三节。

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抛开F=FeFp定义中固有的歧义(例如确定到刚体旋转的中间构型,等等),在一种分解或另一种分解之间的选择似乎是一个方便的问题。在大多数公式中,F=FeFp是可取的,而在其他公式中,F=FpFe可能更合适。例如,当弹性应变能是Ee或Ce=Fe^TFe的函数时,使用两种分解方法可能没有任何区别,但当势能仅是Fe而不是Ce的函数时,应用不同的分解方法可能会产生不同的影响。

Mohsen

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亲爱的Mohsen,

非常感谢您的评论。实际上,在分解过程中对于晶体塑性,不需要人工的中间结构是在参考配置中定义的测量,其中没有旋转模糊(参见微观力学理解部分)。

关于分解,弹性张量的定义可能与。为了了解这一点,可以将方程(1)的表达式传递到极限(),得到加性分解作为第一个和(绝对连续部分的极限)。都可以向左或向右,就会得到两种乘法分解形式之一的表达式(这种策略是由Deseri和Owen, 2002).然而,塑性张量的表达式在两种分解中会有所不同,在编写其演化方程时需要考虑到这一点。在分解过程中,塑性张量演化为,其中滑移系统的法线参考参考结构,因此是恒定的,不受弹性变形的影响。这不是分解的情况,其中涉及的塑性张量将遵循另一个演化方程。然而,一个严格的证明就我所知,个别张量的微观结构定义还没有。

最好的问候,

西莉亚

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亲爱的西莉亚。

谢谢你的详细描述。实际上,中尺度并不是我的专业范围。然而,演化方程F晶体塑性中的P(你帖子中的方程)是使用分解的最大塑性耗散的结果F=FeFp.同样的原理也可用来推导……的演化方程FP表示分解F=FpFe.当然,在这种情况下,滑移系不再是常数,而是由关系得到的年代=Fe x年代=Fe x。这就增加了为……的演化制定方程的复杂性Fp.进一步我以前的帖子,中间配置是完全定义在晶体塑性,因为一个方程的演变FP,因此旋转部分(RP)以及拉伸部分(UP)是已知的。当塑性行为假定为各向同性时,旋转的模糊性给连续塑性研究带来了一定的问题Cp或者bE(对称张量)然而,在晶体塑性中仍然需要中间构型,因为弹性响应需要用张量来表示,而张量是根据这种构型定义的。

问候

Mohsen

Mohsen

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亲爱的Mohsen,

进化方程可以从运动学参数来理解,观察每个滑移系统的剪切速率及其对总变形张量的贡献。你可以在448页找到这些运动学参数大米1971使用中间配置,或在第57页的Reina and Conti 2014无需使用中间配置。

经典的弹性变形观点确实利用了中间形态。然而,我们的分析表明这是不必要的,因为Fe和Fp都可以定义为参考配置中的度量(Reina et al. 2015).在我看来,这是令人欣慰的,因为中间配置通常不存在。其他使用类似于式(1)的表达式并在其中识别弹性变形而不使用人工中间配置的作品为戴维森1995Deseri和Owen 2002

最好的问候,

西莉亚

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亲爱的西莉亚。

实际上,这很有趣。谢谢你的更新。

真诚地,

Mohsen

亲爱的西莉亚。

Hill和Rice在他们1973年的著作《弹性势和非弹性本构律的结构》中优雅地解决了“中间构型”的问题。这里很清楚地展示了塑性的参数化解释,其中所有变形的度量,弹性的或塑性的,都是拉格朗日的(在参考配置上定义的)。最早期的来源,显然是Hill和Rice工作的灵感来源,其中出现了参数解释,是Green和Naghdi(1965),“弹塑性连续体的一般理论”,Arch。老鼠。动力机械。分析的

最好,斯蒂芬

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亲爱的斯蒂芬,

据我所知,在Green和Naghdi的作品中,变形张量的速率D被认为是加性的(由弹性和塑性部分组成)。而在许多其他参考文献中(例如在Simo的著作中),它表明不能简单地提出变形梯度是加性的。他还详细阐述了中间配置的重要性。此外,我们知道分解F=FeFp(不管它的问题是什么)是基于物理背景的。例如,在无穷小变形的极限中,它会导致加性测度,等等。现在,我从讨论中理解的是,我们想要基于参考配置的度量,因为中间配置是虚构的,不可能在物理上存在。

真诚地,

Mohsen

亲爱的Mohsen,

1) Green和Naghdi在1965年的论文(弹塑性连续统的一般理论)中首次提出了一个“一般理论”;然后,他们举例说明了总(格林)应变的弹塑性分解(E=E_e+E_p);之后,它们达到无穷小变形的速率形式。这里的本质是
理论的自然不变性(客观性)(由于其“全”拉格朗日基)和弹性势的参数表示(以E_p或C_p作为参数)。

2) Simo精确地重新考虑了Green和Naghdi(1965)的模型/理论,但抛弃了他们提出的以C_e=C-C_p为参数的势,而采用了U=U(C,C_p)的一般形式。然而,只要适当配置(塑性-)参数列表,仍然可以采用以C-C_p为参数的模型。Soare(2014-Plasticity and non-Schmid effects, Proc. R. Soc。一个)。

3)“我们知道分解F=FeFp(不管它的问题)是基于物理背景的”。“我们从哪里知道”,从谁那里知道?我也不知道那些“物理背景”。我所知道的是,所有的分解,乘法,加法,混合,等等,都植根于一个基本的观察:施加的力(无论是在晶体还是多晶体中)留下的永久变形。试图描述这一现实的许多模型之间的差异只是在方法上。

4)“…because the intermediate configuration is fictitious and cannot physically exist." Must it be real ? It's a model. I would distinguish between models and reality. If we consider the similar context of the motion of a rigid body: Do Euler's angles correspond to actual configurations of a rigid body along its trajectory in space ? Only in very particular cases (e.g., rotation about a fixed axis), for otherwise, in general, the configurations they describe are fictitious. And yet, the end result is Euler's multiplicative decomposition of the actual rotation in three simpler rotations. These parameterize the motion. Returning to our intermediate configuration... Any formulation based on it can be translated into invariant (Lagrangian) terms/measures and vice versa.

最好,斯蒂芬

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亲爱的斯蒂芬,

谢谢你的详细描述。实际上,我对我之前的帖子有以下评论:

1)在Simo的著作(著名文章1988a和1988b)中,他认为应变能是C和Cp(更准确地说是Cp-1)的函数。在所提供的例子中,应变能是的函数

Cp-1: C = (Fp-1Fp-T): (FTF) = Ce:我

对Ce的依赖性明显,即Ψ=Ψ(Ce)。他和休斯合著的《计算非弹性》(Computational Inelasticity)采用了这种方法。但是这个Ce不是C-Cp。

2)物理背景是指棱柱杆超出弹性极限时的变形。假设初始长度、最终长度和卸载后长度分别为10、1和lp,则有拉伸量,

λ=l/l0, λe=l/lp, λp=lp/l0

因此我们得到关系:λ=λeλp。将这个关系扩展到更一般的情况,得到F=FeFp。此外,晶体塑性的经典讨论,如在晶体平面上滑动,导致了这种分解。

3)我个人对中间配置没有任何问题。正如你所说的,它是一个描述物质行为的数学模型。我认为基于参考构型的度量的原因是该构型的问题(旋度Fp≠0等)。

真诚地,

Mohsen

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多么痛苦的话题啊。在这里是植根于埃卡特作品的另一种选择……

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嗨,西莉亚,我很喜欢读你的日记俱乐部博客…这是对一个长期存在的问题的一个很好的总结,可能我们所有人在力学课程中都会遇到这个问题。我已经开始阅读你关于这个主题的两篇论文了。我觉得很有趣的是,尽管在我看来,微观结构条件相当复杂,但你的均质化程序能够在分析上升级到你所呈现的结果。

出于好奇,你打算把你在这项工作中取得的一些进展扩展到其他问题上吗?例如,最近有人给我指了一篇有趣的论文陈佳和希普曼它们处理分解F=FeFg,其中Fg代表生长。在它们特定的环境中,它们表明这种分解是错误的。

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亲爱的Pradeep,

谢谢你的来信。这些证明其实相当长,但我认为它们背后的物理思想并不太复杂。为简单起见,如果考虑具有单一活动滑移系统的兼容域(远离位错),则,分别定义为式(1);和Eq.(3)。此外,由于由Eq.(2)表示的晶体学约束,在Taylor展开后,(Burgers向量的晶格间距和尺度为)),

结合三个变形张量的定义,就可以正式得到(忽略中的高阶项)(上式中表示为h.o.t),

这就是我们想要的表达式。

实际的证明不用泰勒展开。相反,弹性变形张量的导数是通过能量来控制的,对于变形序列来说,能量是有界的。相容区域的乘法分解的证明思想如上所述(尽管当然要考虑多个滑动);对于堆芯,我们可以证明,考虑到它们的体积,它们对连续体极限的运动学的影响是可以忽略的。

我希望这个简短的解释有助于理解这样的证明是如何工作的。但我很乐意回答你的任何问题。

正如你从这个小的推导中看到的,在一个兼容域中的单滑移系统,证明是非常依赖于机械的。它利用弹性变形和塑性变形的空间分离(集中在滑移上)以及滑移下的晶体学约束,例如单滑移的公式(2)。因此,这种证明不容易推广到其他过程,但我确实对它们感兴趣。Isaac和我对弹塑性和增长的乘法分解进行了非常有趣的讨论。

亲切的问候,

西莉亚

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嗨,西莉亚,谢谢你的澄清……

嗨,西莉亚和其他人,

让我插一个非常愚蠢的想法。这当然是愚蠢的。而且,这封回信和往常一样写得很长。你们都不必把这个回答当真,哪怕是半当真。就像一只猫会忍不住停下来偷看它经过的每一个房间一样,同样地,我也会忍不住非常认真地考虑(只是很短的一段时间)加入到iMechanica正在进行的任何讨论中——不管我是否了解正在讨论的话题。万博manbetx平台(在这种特殊情况下,我对这些方程甚至没有一点概念!)

好的。所以,我的想法是:

首先不是分解变形场,而是分解域,即空间区域。

参照图2,划定位于额外(和缺失)左侧的区域。边位错的“平面”为E区,其余部分为P区。

E只承受弹性变形,而P同时承受弹性和塑性变形。

在数学上划分的表面上强制位移连续性(到所需的顺序)。

E区域子问题处理起来应该“微不足道”。关键是:P区域子问题现在也更简单了;它已经简化为图1 (a)所示的问题。

若位错向左移动,则减小E区尺寸,增大P区尺寸。

希望在保证连续性的同时,分别解决每个子问题是可行的。

是的,这是一个非常愚蠢的想法,但我的观点是:为什么这两种变形模式——即。弹性和塑性——在整个领域都受到同样的对待?为什么变形场必须通过一个单一的整体数学变量$\varphi$来描述,它分布在整个域上?

毕竟,如果你在这里使用某种计算方法(至少是一种“网格”方法)来实现这个问题,那么你无论如何都会得到不仅仅是两个,而是大量的空间分离的有限元/体积。(我不知道原始问题的封闭式解析解是否可取,甚至总是可能的。)如果是这样,为什么不把不同的区域分开进行不同的治疗呢?它只会变成,比如说,E- EP相互作用问题,类似于众所周知的流体-固体相互作用问题(或接触非线性问题)。

OTOH,不管你是采用加法法还是乘法法,定义问题的几何/微观结构特征在均质化过程中都会丢失,不是吗?

好的。这个愚蠢的想法结束了。我稍后再检查砖头。(可能是明天晚上1点左右)]

再见了。

——特
(E&OE)

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亲爱的特,

你的想法其实一点也不愚蠢,我们确实在分析中通过多个子区域和位错核心分别处理远离位错的兼容区域;然后用这些部分结果研究整个定义域。但为了做到这一点,必须保证在不同的补丁中定义的量(例如不同的变形张量)是唯一的,并提供全局定义。因此,使用全局字段和会很方便这是一个自然的选择吗?

最好的问候,

西莉亚

你好,西莉亚。

…年代o, it's that same old beast ``uniqueness'' again!

…为什么我称它为“老一套”和“野兽”:即使在更简单的扩散问题(这是一个矢量问题,而不是张量问题)中,证明解决方案的全局支持的关键是唯一性——而不是紧凑性。他们得到了全球的支持,甚至是瞬态情况下!…我反对它的独特性,主要是因为我不喜欢全球支持必然意味着的远距离即时行动(至少在使用傅立叶理论时)。但我只会在扩散中与这头野兽作斗争,主要是因为扩散问题处理起来要简单得多!用一个更简单的问题可以更好地磨练论点。

…无论如何,感谢你在这篇文章和子线程中的所有澄清——我真的不知道这种分析(你为本期杂志俱乐部提到的)是如何完成的. ...同时,特别感谢你认真对待我的评论并回复它;我真的很感激。

现在让我结束;我会在周末的某个时候回来检查这个页面,以获得任何新的见解。

最好的

——特

(E&OE)

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你好,西莉亚。

Schlomerkemper和Conti干得不错。显然,升级是实质性的内容,我没有消化所有的细节,特别是你所有的缩放假设的物理意义(例如,为什么错位的数量应该不受缩放限制地增长-我可以理解核心宽度趋于零,因此必须对汉堡向量强度做一些事情,以保持能量有限……),但这对于想要使用乘法分解的人来说应该是有用的。

顺便说一下,在中尺度上,速度梯度有一个运动学上基本的、可加的分解,它纯粹是由汉堡矢量守恒的运动学产生的(你知道这个工作吗?)它在这里(第4.3节):

从位错运动到加性速度梯度分解,以及一些简单的位错动力学模型

我们对这种分解的升级版本的结构有一个很好的猜测,但精确的细节包括在时间上平均,以及一个非奇异的,动态的,微观的理论,甚至在小的变形,主要是因为可塑性是关于移动的位错。

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嗨,阿米特,

这是一个有趣的点关于位错数目的缩放。在我看来,由于Burgers向量随晶格间距缩放,并且在$\epsilon$趋于$0$的极限下,大约需要无限数量的位错才能看到有限的效应,因为每个位错的电荷都在消失。

我猜这是你关于处理核心能量的观点的补充,尽管这可能不是这篇论文的问题,因为我没有看到能量被考虑,只有运动学。

Kaushik

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Kaushik,

这就是为什么我说我需要很好地理解缩放假设。西莉亚的论文基本上没有考虑到动机之外的晶格。在空间缩小的情况下,为什么连续位错的位移不连续的强度必然会消失,我不太清楚(我确实理解可以做出其他缩放假设)。如果不是这样,那么即使对于有限的位错,你也会有非零能量。

即使在晶格中,如果伯格矢量强度趋于零并且位错很好地分离,那么极限弹性和塑性变形是兼容的,这说明了什么?....最后一点是一句随意的评论,但绝对加强了这里的微妙之处.....

我认为西莉亚的第二篇论文(与Schlomekemper和Conti一起)包含了能量学。

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嗨,阿米特,

这是关于使用另一种缩放法的有趣评论。用格间距缩放汉堡向量对我来说似乎很自然,但也许还有其他人给出了有趣的结果。你对交替缩放有什么想法吗?

Kaushik

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Kaushik,

在我看来,考虑得出一个包含固定数量的微观位错的物体的宏观极限(比如说,考虑一个静态问题的应力)是一个物理问题,该物体具有分散的核心,核心中的位错密度缩放使得每个位错的汉堡向量在核心尺寸趋于零时保持有限(这是考虑宏观极限的一种方式)。核心尺寸将趋近于零,而保持有限的汉堡向量似乎会将身体的总能量发送到无穷大(至少在线性弹性二次设定中是如此),所以这,在我的脑海中,似乎是一个棘手的问题,但却是一个自然的问题,特别是如果你从一个微观的能量密度函数开始,它对应于有限弹性。当然,我不知道你是否会认为这产生了“有趣的结果”。

关于缩放的作用Muller, Scardia, Zeppieri,与混乱,从非线性弹性他们选择某些落下的石块(不是我所说的类型)——你可以查找他们的论文,发现弹性限制能量的一部分就是能量密度线性弹性的* *,这对我来说似乎相当令人困惑从物理的角度来看,如果你坚持在一个有限的弹性旋转磁场的卷发可以产生位错墙与分段均匀旋转件的代表之间的身体观察多边形化,你会从这个极限能量函数中得到一个非零的能量,但我的期望是在这种情况下找到一个零的弹性能量。但他们的结果很严谨。我觉得这很有趣!

从本质上讲,我不明白为什么空间缩小意味着在所有物理兴趣的情况下,位错的汉堡向量必须趋于零,而位错的数量必须趋于无穷大。我还可以看到一个物理情况,我认为在微观层面上密集的错位,然后可能看起来像数字在缩小到无穷大。

因为我认为我们可能会在这里破坏Celia的博客,我将在这里结束这个回应,即使我在休假:)这是....很好

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阿米特表示感谢。

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Kaushik:你问我关于位错力学在达到宏观极限时的替代标度,我有一些想法。他们只是在这个阶段,所以很可能不会成功。

正如我们已经在这里用一些例子讨论过的那样,我的感觉是,如果你保持一个稀释极限(只是为了安全起见,让我们说极限中有有限数量的位错),并要求单个位错的汉堡向量在升级时趋于零,那么就有可能得到数学上正确但物理上无关的极限模型,因为涉及位错力学。也就是说,我确实看重数学上严谨的工作,即使是在没有直接物理关联的问题上,因为这样的努力可以产生方法和思想。

所以我的感觉是,当物体的大小与晶格间距相比趋于无穷大时,人们总是需要保持伯格向量强度固定。生理上的理由是什么?伯格矢量,虽然在微观上与原子分离有关,但在宏观上也具有拓扑性质的意义,完全没有长度和缩放问题。如果在宏观尺度体中有一个位错,你仍然可以用宏观轮廓积分来确定它的伯格矢量。你们肯定会意识到,这就像电子的电荷一样,即使在宏观尺度上,电荷仍然是固定的。并且,这种拓扑事实与静力学和动力学相互作用产生能量,应力和位错相互作用,甚至当身体被宏观社会观察时也是如此。显然,一个具有单一位错的宏观体在其中储存了大量的能量。

因此,一个*可能的*缩放可能如下:在允许位错数量增长的情况下,Burgers向量保持固定,位错大小趋于零,位错间距趋于零,最终结果是位错密度保持固定,但N个位错聚集在一起的有效位错大小变大。因此,我正在处理的图片如下:假设我取10个正边位错,每个位错的核心面积为1b^2,每个位错的密度为1/b。每个核的净汉堡矢量为1b。如果我们现在考虑合并所有这些核心(就像在升级时发生的那样-核心看起来像点,错位间隔缩小,并且10个核心看起来已经转换为线段)。“线”段的面积仍然是10b^2,有效核的有效电荷为10b,因此位错密度仍然是1/b。

是否有可能相同的位错密度分布在更大的岩心上,使能量和应力含量局域化,从而降低总能量?当然,在线性理论中,如果你用狄拉克来表示位错密度,你会得到经典的结果。但同样正确的是,如果你在一个物体上应用任何大小的空间均匀位错密度张量(具有零牵引力b.cs),你将得到一个相同的零应力场和能量。这在有限变形理论中是不容易看到的,我和Saurabh Puri用Saurabh的静态有限变形位错力学,在我们测试的所有情况下,结果都是成立的,但我不能用线性理论来证明它。(顺便说一句,Saurabh在中耳膜错位可塑性方面做了一些很好的研究在这里).

所以我所说的也可以这样理解。假设在宏观尺度上,你有一个点错位,后面跟着一条滑动线(都是二维的)。现在,如果你有一堆相同构型的滑移面,一个叠在另一个上面,位错就变成了一条狄拉克线,这个物体在应力中产生的奇点/集中必然比单个狄拉克小得多。把它延伸到一个无限大的墙壁上,你就完全没有来自墙壁的压力。回到有限堆积的宏观视图,局部壁后面的区域在宏观上看起来像一个有限厚度的剪切带。

*IF*以上是正确的(并且是一个大IF),则可以得到宏观尺度上有限位错的奇异图,以及位错数量增加时宏观尺度上光滑的弹塑性变形场,都具有固定的Burgers向量。

只是一些随机的想法......希望不是完全假的!

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嗨,阿米特,

一些附带问题:

1)也许要推导出你正在考虑的模型类型,渐近分析甚至可能不是一个好工具。我想起了Doug Arnold的演讲(~2007),他在演讲中描述了壳模型的情况,渐近分析只能给出Kirchoff-Love理论,而其他方法(在这种情况下,变分)给出了适用于不同条件的一系列模型,包括Reissner-Mindlin模型,该模型在很大程度上被认为优于Kirchoff-Love。

2)为了得到一个点偶极子,我们可以从两个分离的相等和相反的电荷开始,把它们放在一起,但是我们必须根据分离来缩放电荷强度,以避免得到一个微不足道的极限。在电荷晶格的连续体极限中,人们必须同样地按晶格尺寸缩放电荷(例如,文本在(3.6)和(3.7)之间)http://万博manbetx平台m.limpotrade.com/node/15450以及Toupin, Xiao, Puri等人的参考文献)。对于单个电子,我同意人们可能想要保持固定的电荷,这取决于我们试图建立有效模型的现象,我想知道渐近分析是否过于限制。

3)关于你的例子,一个与原子间距相比较大的物体中的单个位错(忘记极限,但保持现实的值),我明白你的观点,即能量是重要的,但我看不出一个人可以通过轮廓积分来检测汉堡向量。在计算轮廓积分时,这难道不需要原子间距量级的精度吗?

说到主要问题,我同意你的基本观点——就我所理解的——一个物体的电荷通常可以以许多不同的方式缩放,在这种情况下,人们想要保持净电荷在极限内,即使它只是一个缺陷。

我最初考虑的缩放——我将其称为缩放(1),因为我不确定Celia是否认为她的缩放是相同的——如下所示。

扩展(1):

$b_\epsilon = \epsilon b_1$对于汉堡向量。

为了使净电荷保持在极限内,我想要n。b_\epsilon = N_1 b_1$意味着$N_\epsilon = N_1 b_1 / \epsilon$。

这些合起来意味着面密度标度为$\rho_\epsilon = N_epsilon / L^2 = \rho_1 b_1 / \epsilon$,位错间距标度为$\epsilon^0.5$。

缩放(2)(我对你提议的缩放的理解):

$b_\epsilon = b_1$表示汉堡向量

为了保持净电荷在极限内,我将继续要求约束$N_\。b_\epsilon = N_1 b_1$意味着$N_\epsilon = N_1$。

它们合在一起意味着$\rho_epsilon = \rho$,位错间距与$\epsilon$无关。

在标度式(2)中,如果将位错视为正则化的物体,其电荷密度$\alpha$分布在核上,核半径标度为$\epsilon$,则$\alpha ~ b / (core)^2$标度为$\epsilon^{-2}$,以使每个位错的Burgers含量在极限内是有限的。在scaling(1)中,除了$b$也与$\epsilon$缩放外,参数类似,导致缩放$\alpha ~ \epsilon^{-1}$。

缩放(2)在某些方面看起来确实很自然。但我所写的与你的说法并不一致,所以也许你在考虑另一种比例。特别是,缩放(2)使位错间距在极限范围内有限,并且不能解释您的岩心聚结图。通过假设核心尺度为$\epsilon$的负幂,可以在缩放(2)中得到核心的合并,尽管这在我看来(以我目前对这个问题的理解)是非物理的。

嗨Kaushik,

1.当涉及到这一点时,我无法理解你的缩放方案(1)的数学:

为了使净电荷保持在极限内,我想要$N_\epsilon。b_\epsilon = N_1 b_1$意味着$N_\epsilon = N_1 b_1 / \epsilon$ "

隐含的部分不应该是:$N_{\epsilon} = \dfrac{N_1 b_1}{b_{epsilon}}$,导致$N_{epsilon} = \dfrac{N_1}{\epsilon}吗?它似乎也有物理意义。因此,根据你的假设,由于位错间距(即$b$)抵消了,$\rho_{\epsilon}$将与$b$无关。顺便问一下,你在这里使用的符号是标准的吗?]

2.回复:你的观点(3):你提到了通过轮廓积分检测汉堡向量的(难度/不可行性)。很明显,你的意思是轮廓积分是在晶格的连续极限的区域上进行的. ...这只不过是晶格常数在连续统极限下趋于零的直接结果(这与具有有限晶格常数但使晶格的大小无限相同)。

因此,任何企业检测汉堡向量的有限值都必须在连续统中失败——它肯定会接近零。

但我想说的是,你为什么要检测首先是轮廓积分的有限值?你们为什么不干脆点需要求出有限的“量化”值的轮廓积分?因此,例如,对于位移$\ point d\vec{x} = n \vec{b}$,其中$\vec{x}$是沿积分路径的位移,$n = 0,1,2,3 \dots$, $\vec{b}$是Burgers向量。

所以,我的想法是,为什么不首先假设这样一个量化关系总是保持不变——在任何尺度下,包括在连续统极限下——然后以此为起点进行分析呢?

这样,你也许可以得到你正在寻找. ...[只是一个想法;对这个领域一无所知…

——特

(E&OE)

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考希克:我犹豫是否要多说,主要是因为在这一点上,我没有太多要说的。关于你的主要观点:我理解你的设置(Ajit在缩放1中指出了一个小问题)。我看待事物的方式会有所不同。您可以看到位错均匀地分布在L × L固定大小的块中。我有不同的看法。我会观察一个区域L_\espilon x L_\ epilon在由N_\ epilon位错填充的无限定义域中当趋于零时(缩小),我也会缩放L_\ epilon我的直觉是比线性的快。你的概念就符合L_\ = L_1固定。这就是我认为合并发生的方式。我确实觉得在缩小时位错间距必须减小否则能量就会表现不好我觉得在宏观极限下能量开始表现良好对于这些静态考虑是很重要的但正如我说的,这不是这里也不是那里需要用一些具体的方法来测试。

最糟糕的是,对于所有我喜欢考虑的放大微观位错动力学的模型,平均能量根本没有出现!

关于你方评论:

回复:1)我也喜欢横向剪切!虽然我不能理解你对渐近和变分方法的区别,但我认为基于\Gamma收敛的分析既是渐近的也是变分的。渐近模型总是意味着适合于某些情况-壳理论是由荷载大小参数化.....顺便说一句,我听过Paolo Podio Guidugli曾经给Roberto Paroni做过一个关于他的一些工作的演讲,他谈到了通过伽玛收敛来推导Reissner-Mindlin。如果你能多解释一下你想到的区别就好了。这很有趣……

回复:2)一旦我有更多的时间,我会思考和阅读有关偶极子业务的内容,如果我有想法/问题,我会回来。

回复:3)我多么希望汉堡矢量不是物理长度!我知道你是从哪里来的,但在位错的问题上,对我来说,不管你达到什么样的宏观极限,你都不能忘记设定长度尺度的汉堡向量不管多小,轮廓积分是否为零都很重要。老实说,我也希望它能更清晰一些。

为了继续这个冗长的问题(如果你去掉它,你会得到弹性,没有错位),我想用下面的方式来考虑缩放:用汉堡向量对所有长度进行非量纲化。然后让L/b趋于无穷。当你这样做时,轮廓积分值不会改变——保持固定在1。你在x/L的尺度上解决这个理论换句话说,无量纲空间变量x = x/b在-x/L到+x/L的范围内运行。如果这没有任何意义:),你会知道,现在是时候让我独自一人在这个-我不能在这个阶段做得更好....顺便说一句,我所说的(在我看来)与Ajit已经说过的量化....没有太大不同当然,我也有可能是大错特错的——就像在所有与缩放业务相关的事情上一样。

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嗨,阿米特和阿吉特,

量子化的思想似乎与把伯格矢量当作一个与晶格间距不同的尺度的量有关。这就是为什么我问一个没有缩放的设置,但我们只是检查一个具有有限但小晶格间距的“真实”物体。在这种情况下,我不明白为什么伯格矢量会被检测到,除非人们可以准确地计算轮廓积分。换句话说,一个只有一个位错的物体在我看来就像一个完美的水晶。

回到Amit的相关观点,无论极限是多少,我们都需要一个有限的Burgers向量,但Burgers向量与晶格间距密切相关,这再次向我表明,也许渐近分析不是最好的工具,或者可能需要类似于应变梯度的修正。

我没有弄明白关系$N_\ b_\ = N_1 b_1$。左边是常量——在缩放之前和重新缩放之前的总汉堡向量内容(用下标1表示)。我只是在那之后除以。

关于阿诺德的评论,也许他的术语并不理想,但我认为他将壳中使用的缩放方法归为“渐近”。“变分”方法没有明确地假设厚度,而只是对变形进行了分析,并使用变分原理对分析进行优化。当然,ansatz的背后是苗条的身材。

对于你的缩放,我想我看到了你的物理图,但我想我还需要一些合理的东西来解释我的均匀间隔位错的特殊情况?你看到这种情况发生了吗?不管怎样,也许明年你回匹兹堡的时候再讨论比较容易。

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Kaushik:你写的东西里有个小问题,你忘了消掉b_1……没什么大不了的。当你说,“换句话说,一个有一个位错的物体在我看来就像一个完美的晶体”,如果它只是几何的话,我同意。但这又如何解释未加载的“完美晶体”的能量呢?所以我希望你们同意,这幅图也有不对的地方。

我想你们会得到的是均匀分布的位错的缩放结果在线性理论中,N_1奇异位错的能量均匀分布在L × L的网格上。如果L很大,那么能量很可能会像线性理论中孤立的位错那样爆炸,但如果L很小,可能会有有趣的筛选效应——一个可以完成的计算。对于大的弹性应变,如果打开具有较软增长的非线性弹性,即使位错是单一的,它们的能量也可以很好地表现出来。你的极限,本质上就是你对网格上离散位错的期望。如果你问我,我会说这很合理。我引用我所做的事情的原因是我有一种感觉,在升级多个位错场时,可以结合起来以更少的能量集中给出一个模糊的密度,但这种缩放不应该在单个位错的情况下给出一个荒谬的(对我来说)答案——不仅在汉堡矢量识别的运动学方面,而且在能量和应力方面....

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嗨,阿米特,我确实注意到了你之前关于单位错晶体能量的观点,我同意你的观点。这似乎是一个很好的理由来探索其他的比例除了由运动学驱动的比例。

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非零空间均匀位错密度在有限变形时不具有零应力。在这段时间里,我证明了这一点;有趣的是,这个结果证明了经典连续介质力学中的一个新结果:coserat兄弟知道(在单连通域中)如果一个旋转场的旋度消失,那么这个旋转场在空间上是恒定的。下面的文章表明,如果一个旋转场的旋度是恒定的(不一定是零),那么它一定是恒定的。

阿米特·阿查里亚(2019)空间均匀位错密度场的应力弹性学报,137年,151 - 155。(2019年1月7日电子发布)

以上结果为2D格式。

在与Janusz Ginster即将进行的联合研究中,这些结果在空间维度3中也被证明是成立的。

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亲爱的阿米特,

我只是想澄清极限弹性和塑性变形不一定是相容的。我们还对位错密度张量进行了表征,得到了位错密度张量的连续极限,该极限由塑性张量的旋度表征。我在最后添加了一个关于缩放的评论,我认为这将有助于澄清这一点。

我们进行的分析是在介观尺度上完成的(类似于位错动力学模拟的尺度)。材料的晶体学性质在介观尺度上继续存在,因为参考构型(被认为是完美晶体)中的滑移面是平面的,并且跳跃不能是任意的(例如,参见单个滑移的公式(2))。

最好的问候,

西莉亚

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谢谢你的澄清,西莉亚,我确实明白你上面说的第一次。

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正如在这篇文章中所讨论的,塑性的进化方程是至关重要的。假设的速率分解以及由乘法分解产生的分解需要张量值函数的本构规范(3x3 -无塑性自旋也是本构假设),并且应该记住,塑性变形的物理演变不需要依赖于滑移发生在中尺度点的顺序(在考虑多个滑移系统的中尺度点)。如果这些滑移系统上有准备移动的位错,它们不会轮流这样做——如果它们可以,它们会同时移动)。

我提到的基本中尺度速率分解在这里在此规范的基础上,上面的问题是确定向量值函数的本构响应。这个设置在第8.1.2节中进行了测试“单一理论…”与MD结果的比较。即使没有任何本构规范(即仅基于分解的运动学),其在位错密度演变方面的“等效”也可以成功地预测位错成核,可以在这里找到

贾汉沙希先生的照片

亲爱的阿米特,

位错及其运动与在某一点上活跃的多个滑移系统的组合带来了一些困难。你能介绍一些关于这个话题的参考资料吗?

真诚地,

Mohsen

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莫森:这张小纸

各向异性屈服、塑性自旋和位错力学

对这个问题有一些初步的看法。

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亲爱的阿米特,

我完全同意你的观点,塑性变形的演变并不取决于滑移的顺序。表达式表示这样一个事实,其中和当然是可交换的。我想补充的是,Fp将取决于滑移的顺序,因为它在有限运动学中是自然的。引用大米他在1971年发表的著名论文“注意,Fp通常不是剪切的点函数,而是取决于它们的应用顺序”(第448页)。

最好的问候,

西莉亚

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嗨,西莉亚:我知道。但是有人可能会认为,如果不可能通过位错运动知道排序,那么最好不要在F^p?....的定义中提出它例如,如果你从你写下来的进化陈述中计算F^p,并在\dot{\gamma}上使用合适的本构假设,滑动序列是否可识别?如果不是,那么使用这种不变性明显的概念不是更好吗?(我只是开你的玩笑)。

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亲爱的阿米特,

人们不能在Fp的定义中不引入排序,因为有限变形不能交换,而信息必须包含在Fp中。数学上,它可以通过积分得到,在物理上也可以由介观变形梯度的拉格朗日描述得到。例如,Fp的奇异部分的支持只是介观变形映射的不连续面的表面,因此可以在该尺度上识别(它包含有关顺序的信息)。

为了研究具有位错的材料的演变以进行建模,我也认为从Eq.(3)中找到Fp是不切实际的,也不是很有用,尽管可能,但人们可以从您提到的速率方程中获得它(这两种描述之间的等价可以在第57页找到)Reina and Conti 2014).然而,在我们的研究中,我们感兴趣的是提供F=FeFp的证明,为此,必须使用公式(3)中给出的Fp表达式,其中滑动的顺序很重要。

最好的问候,

西莉亚

关于Kaushik和Amit的交流:

1.我可以得到的想法是,随着晶格间距趋于零(通过增加晶体的尺寸而不受束缚),无限的位错将需要能够有一个有限的区域作为内部滑移区,因为每个位错的汉堡矢量将分别趋于零。在这里,由于位错的无限大,有限滑移区仍然意味着能量的无限大;请参见下一点。

2.我也可以得到这样的想法,即即使有限晶体在其体积内携带位错,也可能没有外部步骤(滑移)。在没有外力或活化能供应的情况下,这些位错将保持在亚稳态构型,而不会移动以相互抵消。它们的密度分布可能下降得足够快,以至于当你从晶体中心径向向外接近外表面时,只有弹性效应占主导地位。从某种意义上说,如果你无限制地增大这样一个晶体的尺寸,那么我可以看到晶格常数会接近于零,但你会得到一个有限(非零)的能量。其原因可能是远离晶体中心的位错密度迅速下降。

因此,据我所知,是位错密度分布决定了能量是否保持有界,即使晶体尺寸接近无穷大。我可以得到这部分。

然而,我不明白的部分是:汉堡向量是如何一个(单)位错即使在晶体尺寸增加而没有任何上限的极限下也可能保持有限(我认为这相当于晶格常数趋于零)。我很乐意看到对这种安排和限制过程的具体描述。

——特

(E&OE)

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亲爱的阿米特、考什克和阿吉特:

我在这里澄清一下缩放。在真实的材料中,晶格参数(a)是固定的,当你在实验观察中缩小时,你观察到的域的大小会增加。我们用l来表示那个域的特征长度,我们处理这个问题的方法(这在数学文献中很常见)是用l来重新缩放所有的长度,然后,归一化的晶格参数是= a / L。当你缩小,然后趋于零,定义域大小固定(L/L=1);这就是我们要考虑的极限。人们可能会说,在现实中会非常非常小,但仍然是有限的。然而,这里我们感兴趣的极限仍然是趋向于0,当我们试图展示连续体公式时,通过构造,位移场应该是连续的,而不是跳跃的,晶格参数也很小。

Burgers向量与晶格参数成正比,因此与。关于位错的数量,如果位错密度恒定,那么当L增大到无穷大时,位错的数量自然会增大到无穷大。但这根本不是必需的。注意,我们对错位的数量施加的是一个不等式,而不是一个等式。更准确地说,位错的数目()应该满足

其中C是一个全局常数。这允许位错壁,有限数量的位错以及零位错。在所有这些情况下,乘法分解都成立。

我希望这能澄清之前关于缩放的所有讨论。如果还有什么问题,我很乐意回答。

亲切的问候,

西莉亚

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你好,西莉亚:谢谢你回来了。

1)请回复您关于缩放的评论,感谢您陈述了您假设背后的物理基础。正如我与Kaushik讨论的那样,我不相信这是唯一合理的物理场景。

你提到了墙的问题,我想问你点事。你知道Muller, Scardia, Zeppieri最近在印第安纳大学数学杂志上发表的一篇关于非线性弹性理论的Gamma极限的论文吗?如果是这样,我想问你,你是否认为你的规模假设与他们的相同。然后我想让你解释一下他们的结果与多边形化的含义,我在我的评论“Re: Burgers向量缩放”中向Kaushik解释过。我知道这并不完全公平,但这是关于机制的随意讨论!万博manbetx平台如果你不想深究,我当然能理解。如果你有,想要对我的问题做更多的澄清(以及他们论文的精确参考),就问吧。

嗨西莉亚。

感谢你在这里和上面的其他回复中非常中肯和容易理解的澄清。

最好的

——特

(E&OE)

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嗨,西莉亚:也许我应该更具体一点关于我在这里谈论的问题。取n = 1, C = 1。这满足你的假设。在这种情况下,我的物理期望是得到宏观极限,基本上是你的中尺度解本身,也就是狄拉克对位错密度的定义,有F^p和F^e的卷曲。如果你对能量或压力感到困扰,那么总能量就会随着二次增长而膨胀但如果在无穷远处增长较慢那么你就会得到有限的总能量。

然而,只有当Burgers矢量大小在极限中保持非零时才会成立,这是你的假设所不允许的(在你与Schlomerkemper和Conti合著的论文第6页的最后十个单词/符号)。

我的感觉是,在这种情况下,你的极限是在极限中没有错位,F^e和F^p是相容的,F = F^e -可能是我错了(我已经考虑了一秒钟),所以你可以澄清....

请知道,我不是在暗示你的结果,不管它是什么,是不正确的,因为假设.....

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亲爱的阿米特、考什克和阿吉特:

由于缩放似乎有一些混乱,让我试着用另一种方式来解释它,这与Kaushik的方法相似。特别地,我将不考虑任意介观结构序列的连续极限,而是通过离散点近似均匀密度,我将首先对质量密度和离散质量点的概念这样做,因为它比位错的概念简单一点。

想象一下,你想近似一个均匀的质量密度(对应于一个完美的晶体)。要考虑的自然序列是下图的序列,它对应于缩小过程中的物理序列。

每个正方形的质量对应于密度乘以每个正方形的体积(这将保持总质量恒定)。如果网格的间距为,那么质量将与的平方成正比(在这个2D的例子中)。当网格的大小趋于零时,质量自然也趋于零。在实际的物质中物理上有一个晶格参数除以L的值,它非常非常小,但是有限;离散质量对应于原子质量,因此原子质量也非常非常小。然而,为了将宏观介质建模为连续体(即使自然是离散的),实际上必须达到趋向于零的极限(通过构造,量化在连续体公式中消失)。每个正方形中的质量点会趋于零,网格也会逐渐变细。因此,在连续体模型中,人们不能再识别原子,因为材料的离散性已经消失,尽管人们可以在实验中测量原子质量。

通过离散位错点序列来近似位错的连续分布,也会出现非常相似的情况。尽管伯格矢量是有限的,但在真实的晶体(如原子质量)中尺寸非常非常小,为了实现连续体公式,测量滑动表面上跳跃的伯格矢量必须趋向于零。在一个连续体描述中,人们不能再挑出一个单一的位错和它的汉堡向量,因为个体位错的离散性在一个连续体宏观描述中已经消失了,在这个描述中人们处理的是位错的密度。

沿着这个序列,汉堡向量,与晶格参数成物理比例,它必须趋向于0,就像。正如Kaushik所指出的那样,为了实现汉堡向量的预期缩放,网格需要有一个(在2D中)根号的间距。这意味着,位错的数量是1/epsilon,这正是我们所考虑的位错数量的上限。

我希望汉堡向量的缩放和位错的数量现在更清楚了。如果还有问题,我也很乐意与你们中的任何一个人进行电话或skype讨论。

亲切的问候,

西莉亚

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我们理解你所说的,从与Kaushik的讨论中已经很清楚了。而且,从我们之前的讨论中,这种缩放并不适用于有限数量的位错。此外,从我与Kaushik的讨论中可以清楚地看出,这也不是唯一可能的扩展方式,不能强迫它成为唯一的选择。就像为能量选择一个\epsilon^2 |log \epsilon|^2的标度(以及单个位错的Burgers向量的\epsilon b标度)一样,可以为具有有限弹性的位错的材料提供一个非框架无关的极限能量函数(因为标度只允许接近相容的变形和非常小的弹性应变)。再一次,缩放可以做一些奇怪的事情。

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亲爱的阿米特,

如你所知,我当然尊重并重视你的意见,我发现对同一个话题有不止一种观点是非常丰富的。出于同样的原因,我想更好地理解你对这件事的看法,因为我们有不同的方法。然而,博客似乎不是最有效的沟通途径,对话似乎更合适。我会通过邮件联系你,继续线下的对话。

亲切的问候,

西莉亚

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我只是想感谢在座的每一位,感谢你们进行了丰富而生动的讨论!

Amit Acharya的照片

参见4.2节

出现在J. Mech。phy固体。

更正一下我在2015年说过的话!在讨论Muller Scardia Zeppieri的论文时,我曾说过它们的极限能不是框架无关的。正如本文所指出的那样,这是不正确的,即使该极限能量如果应用于位错壁会给出错误的能量含量(如所示)。(它们表示的^和极限的含义是我困惑的根源!)

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