Complex Network Methods for Plastic Deformation Dynamics in Metals

Abstract

Plastic deformation of DC04 steel is regarded as a nonlinear, complex, irreversible, and self-organized process. The stress–strain time series analysis provided the possibility to identify areas of (quasi-)elastic deformation, plastic deformation, and necking. The latter two regions are the most informative. The area of inelastic deformation is reflected by collective, self-organized processes that lead to the formation of pores, and finally, the development of microcracks and a general crack as the cause of sample failure. Network measures for the quantitative assessment of the structural deformations in metals are proposed. Both spectral and topological measures of network complexity were found to be especially informative. According to our results, they can be used not only to classify the stages of plastic deformation, but also, they can be applied as a precursor of the material destruction process. Пластична деформація сталі DC04 розглядається як нелінійний, складний, необоротний і самоорганізований процес. Аналіз часових рядів напруження–деформація дав можливість виявити зони (квазі)пружної деформації, пластичної деформації та перешийку. Останні два регіони є найбільш інформативними. Область непружної деформації відображається колективними, самоорганізованими процесами, які призводять до утворення пор і, нарешті, до розвитку мікротріщин і загальної тріщини як причини руйнування зразка. Запропоновано мережеві заходи для кількісної оцінки структурних деформацій у металах. Як спектральні, так і топологічні заходи складності мережі виявилися особливо інформативними. Згідно з нашими результатами, вони можуть бути використані не тільки для класифікації стадій пластичної деформації, але й можуть бути застосовані як передвісник процесу руйнування матеріалу.