[論文レビュー] Perfect plasticity of metals under simple shear as the result of percolation transition on grain boundaries

Yan Beygelzimer, Н. М. Лавріненко|arXiv (Cornell University)|Jun 22, 2012

Microstructure and mechanical properties参考文献 7被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、低ホモローグ温度下における金属の単純なせん断下での完全な延性が、非局所的相互作用によって駆動される粒界におけるパーコレーション転移に起因すると提案する。このメカニズムは幾何的推論、シミュレーション、実験データによって裏付けられており、連結した粒界ネットワークがパーコレーション閾値に達した結果として観察される臨界的かつスケール不変な塑性変形の挙動を説明する。

ABSTRACT

A mechanism of perfect plasticity under low homological temperatures has been suggested. According to this mechanism, the phenomenon under study is of critical nature. It connects with percolation transition in the net of grain boundaries and with nonlocal interaction of fragments uniquely under simple shear mode. The mechanism is justified by general reasoning, mainly of geometrical character, and also by employing computational modeling and well-known experimental results.

研究の動機と目的

• 低ホモローグ温度下における金属の完全な延性の起源を説明すること。
• 粒界ネットワークが大規模な塑性変形を可能にする役割を特定すること。
• パーコレーション転移と臨界的塑性挙動との関連を確立すること。
• 幾何的推論、計算モデリング、実験的観察を統合した単一のメカニズムを構築すること。
• 粒界上での非局所的相互作用が完全な延性への転移を駆動することを示すこと。

提案手法

• 単純なせん断下における粒界の接続性に注目した幾何的推論からメカニズムを導出する。
• 粒界ネットワークへのパーコレーション転移モデルを適用し、塑性の発現を記述する。
• 計算モデリングにより、せん断応力下での粒界ネットワークの進化をシミュレートする。
• マクロな塑性に不可欠な、粒界断片間の非局所的相互作用をモデルに組み込む。
• 既知の金属の塑性に関する実験結果と照合して理論的予測を検証する。
• このアプローチは、統計物理学におけるパーコレーションと類似した臨界現象として系を扱う。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 低ホモローグ温度下における単純なせん断下で金属に完全な延性が現れる物理的メカニズムは何か？
• RQ2 粒界はどのようにして大規模な塑性変形に総合的に寄与するか？
• RQ3 パーコレーション転移は塑性の発現にどのような役割を果たすか？
• RQ4 粒界断片間の非局所的相互作用はマクロな塑性挙動にどのように影響するか？
• RQ5 幾何的およびパーコレーションモデルは、実験的観察による塑性挙動をどの程度説明できるか？

主な発見

• 完全な延性は、粒界ネットワークにおけるパーコレーション転移と関連した臨界現象として出現する。
• この転移は、単純なせん断下における粒界断片間の非局所的相互作用によって駆動される。
• 幾何的推論のみでスケール不変な塑性挙動の出現を説明できる。
• 計算モデリングにより、塑性変形の臨界閾値の存在が確認された。
• モデルは、低温下における金属の塑性観察と整合的である。
• このメカニズムは、加工硬化を伴わず急激に大規模な塑性ひずみが現れる現象を統合的に説明する。