面向脆 ductile 过渡的轻量级相场代理模型：现象学弹塑性耦合
材料科学
2026-03-20 v1
摘要
面向体心立方体系中的脆 ductile 过渡 (DBT) 是制冷结构的核心设计约束。使用全耦合热力学连续型DBT模型进行参数化研究以增进对DBT的理解计算成本高昂。因此，本工作提出了一种轻量级相场代理模型。该代理方法通过三个现象学机制在标准等温两场（位移-损伤）设置中捕捉关键DBT样特征：(i) 温度依赖性损伤指数n(T)，从渐进（脆-like，n=2.0于293 K）变为突然（脆-like，n=3.5于77 K）的刚度损失尖锐化；(ii) 温度依赖性屈应应力和弹性模量，以调节塑性耗能与弹性能储存之间的平衡；(iii) 有效断裂韧性和驱动力比例，以代表冷却温度下裂纹尖端遮蔽效应减弱。该模型在FEniCSx中实现，采用小应变J2回归和交错求解方案。对77--293 K范围内单边切口试件的仿真显示，系统性地从脆-like向ductile-like响应过渡，表现为弹性位移到不稳定断裂的减小、弹性峰后负荷降幅从突变变为延缓、以及从窄且局部化的损伤带与受限塑性区向更宽的过程区的转变。对比四种插值方案（线性、smoothstep、指数、混合），结果显示定性过渡趋势稳健，插值主要影响中温响应，而端点行为保持不变。
引用
@article{arxiv.2603.18040,
title = {Lightweight phase-field surrogate for modelling ductile-to-brittle transition through phenomenological elastoplastic coupling},
author = {P G Kubendran Amos},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.18040},
year = {2026}
}