[논문 리뷰] Emergence of Cooperativity in Plasticity of Soft Glassy Materials

Le Bouil Antoine, Axelle Amon외 2명|arXiv (Cornell University)|2014. 02. 28.

Adhesion, Friction, and Surface Interactions인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 매크로스코픽 파손 이르기 훨씬 이전에 부드러운 거친 물질에서 협동적 플라스틱 유동이 일시적이고 정렬된 미세구조적 밴드 형태로 나타남을 밝혀냈다. 균일한 응력 하에서 국소 변형을 추적하기 위해 빛 산란을 사용한 결과, 탄성 응력 재분배에 의해 지배되는 자가조직화된 플라스틱 구조가 관찰되었으며, 이는 수치 시뮬레이션과 일치하는 명확한 길이 척도와 지속성을 보였다.

ABSTRACT

The elastic coupling between plastic events is generally invoked to interpret plastic properties and the failure of amorphous soft glassy materials. We report an experiment where the emergence of a selforganized plastic flow is observed well before the failure. For this we impose an homogeneous stress on a granular material, and measure local deformations for very small strain increments using a light scattering setup. We observe a nonhomogeneous strain that appears as transient bands of mesoscopic size and a welldefined orientation, which is different from the angle of the macroscopic frictional shear band that appears at the failure. The presence and the orientation of those microbands may be understood by considering how localized plastic reorganizations redistribute stresses in a surrounding continuous elastic medium. We characterize the length scale and persistence of the structure. The presence of plastic events and the mesostructure of the plastic flow are compared to numerical simulations.

연구 동기 및 목표

• 매크로스코픽 파손 이전에 소프트 거친 물질에서 플라스틱 유동의 시작을 조사하기 위해.
• 균일한 응력 하에서 입자 물질에서 비균일한 변형 구조의 발생 원리를 이해하기 위해.
• 일시적인 플라스틱 밴드의 공간적 및 시간적 특성과 탄성 응력 재분배와의 관계를 특성화하기 위해.
• 미세구조적 플라스틱성의 실험적 관측을 국소적 플라스틱 재조직화의 수치 시뮬레이션과 비교하기 위해.

제안 방법

• 통제된 조건에서 입자 물질에 균일한 응력을 가하여 플라스틱 변형을 유도하기 위해.
• 고공간 및 고시간 해상도로 나노미터 이하의 국소 변형을 측정하기 위해 빛 산란 장치를 사용하기 위해.
• 일시적인 미세구조적 크기의 밴드와 명확한 정렬을 갖는 변형 영역을 탐지하기 위해 변형장 분석을 수행하기 위해.
• 연속 매질에서 국소적 플라스틱 사건의 응력 재분배를 탄성 결합 모델링을 통해 분석하기 위해.
• 실험적 밴드 특성(정렬, 지속성, 길이 척도)을 수치 시뮬레이션 결과와 비교하기 위해.
• 통계적 및 공간 분석을 통해 관측된 플라스틱 구조의 길이 척도와 수명을 정량화하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 부드러운 거친 물질에서 협동적 플라스틱성이 매크로스코픽 파손 이르기 얼마나 이르게 나타나는가?
• RQ2 매크로스코픽 시어 밴드 형성 이전에 플라스틱 변형의 공간적 및 시간적 조직은 어떻게 되어 있는가?
• RQ3 국소적 플라스틱 사건들이 응력을 어떻게 재분배하여 미세구조적 유동 구조를 생성하는가?
• RQ4 관측된 플라스틱 밴드가 탄성 결합 모델의 예측과 어느 정도 일치하는가?
• RQ5 일시적인 밴드의 정렬과 지속성은 최종 파손 메커니즘과 어떻게 관련되어 있는가?

주요 결과

• 협동적 플라스틱 유동은 매크로스코픽 파손 이르기 훨씬 이전에 일시적이고 정렬된 미세구조적 크기의 밴드 형태로 나타난다.
• 이 마이크로밴드의 정렬 방향은 최종 매크로스코픽 마찰 시어 밴드와 다름을 보이며, 이는 초기 단계의 별개의 유동 구조임을 시사한다.
• 일시적 밴드의 길이 척도와 지속성은 정량적으로 특성화되었으며, 탄성 응력 재분배 모델과 잘 일치함을 확인하였다.
• 관측된 플라스틱 사건과 유동의 미세구조는 국소적 플라스틱 재조직화의 수치 시뮬레이션과 양호한 일치를 보였다.
• 이러한 밴드의 발생은 연속 매질 내 플라스틱 사건 간의 탄성 결합에 기인하며, 이는 유동의 자가조직화 성격을 설명한다.
• 시스템은 균일한 변형에서 비균일한 변형으로의 명확한 전이를 보이며, 매크로스코픽 파손 이전에 미세구조적 조직화가 시작됨을 확인하였다.