离子错位分析：离子力学中的尺寸依赖塑性扭转

本文提出了一种用于求解三维离子错位塑性边界值问题的方法，采用单子星（monopole）表示离子错位。在每个时间步中，通过叠加无限体离子错位场和一种 image 场来获得有限实体中的位移、应变和应力场。三维无限体离子错位场通过将离子错位表示为由称为单子星的点组成，单子星携带离子线和 Burgers 向量信息。image 场通过三维线性弹性有限元计算获得。本文详细介绍了将单子星表示与有限元方法耦合的实现，包括曲线离子错位与自由表面相互作用的实现细节，因为这与采用基于线的离子错位表示的实现有显著不同。研究了数值收敛性以及大规模计算中离子环核素的建模。单子星离子错位塑性框架用于研究尺寸和初始离子密度对不同直径径向（范围跨越三个数量级）扭转行为的影响。根据初始离子源密度和线径，获得三种扭转扭转响应 regime：(i)对于直径足够小的线，塑性变形为核素控制，strongly size dependent；(ii)对于直径较大的线，离子塑性为离子相互作用控制，几何必需离子和离子堆积发挥关键作用，strongly size dependent；(iii)对于直径足够大的线，塑性变形变得不够非均匀，尺寸依赖性大幅减弱。