[論文レビュー] On the Intrinsic Link between Gradient Strengthening and Passivation Onset in Single Crystal Plasticity

H. Pouriayevali|arXiv (Cornell University)|Mar 2, 2026

Nonlocal and gradient elasticity in micro/nano structures被引用数 0

ひとこと要約

論文は熱力学的に整合した勾配結晶塑性フレームワークを開発し、サイズ依存の降伏強化が本質的にパッシベーション型境界効果と結びつくことを示し、強い散逸的勾配の影響を明らかにする。

ABSTRACT

A finite-deformation framework for gradient crystal plasticity is developed within a thermodynamically consistent setting grounded in Gurtin's power-conjugate formulation. The model introduces a flow rule that accounts explicitly for both energetic and dissipative microstress contributions. Numerical simulations are performed to investigate the response of single crystals subjected to passivation-type boundary constraints. The results reveal that constitutive laws capable of reproducing size-dependent strengthening at the onset of plastic flow simultaneously generate a pronounced, nearly elastic-type response when passivation is imposed. These findings establish a fundamental connection between gradient-induced yield strengthening and boundary-driven elevation of the mechanical response, highlighting the essential influence of dissipative gradient effects.

研究の動機と目的

• Gurtin の力共役形へ整合した有限変形勾配塑性フレームワークを動機付ける。
• 流れ則におけるエネルギー的 microstress と散逸的 microstress の寄与を明示的に分離する。
• パッシベーション型境界拘束が単結晶の塑性応答に与える影響を調査する。

提案手法

• 熱力学的に枠組みづけられた有限変形勾配結晶塑性モデルを開発する。
• エネルギー的および散逸的 microstress の寄与を含む流れ則を導入する。
• パッシベーション型境界拘束を用いた数値シミュレーションを実施し、物性法則の挙動を検証する。
• 勾配効果が降伏強化と境界応答をどのように修飾するかを解析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 パッシベーション拘束が課されても、塑性発生時の勾配強化挙動は持続するか。
• RQ2 境界拘束下で機械的応答を高める際の散逸的勾配効果の役割は何か。
• RQ3 サイズ依存強化を捉える物性法則が、パッシベーション下でほぼ弾性挙動を再現することができるか。
• RQ4 単結晶における勾配誘起降伏強化と境界駆動応答の間には、どのような基本的結びつきが存在するか。

主な発見

• 降伏発生時の勾配強化を再現する物性法則は、パッシベーション拘束下で顕著なほぼ弾性型応答も生じさせる。
• 勾配誘起降伏強化と境界駆動の機械的応答の高まりとの基本的な結びつきが存在する。
• モデル内で散逸的勾配効果は、勾配強化とパッシベーション開始を結ぶ結合に必須の役割を果たす。
• 境界条件が勾配塑性と相互作用して、観測される機械的応答を形成する様子を強調する。