[논문 리뷰] On the Intrinsic Link between Gradient Strengthening and Passivation Onset in Single Crystal Plasticity

H. Pouriayevali|arXiv (Cornell University)|2026. 03. 02.

Nonlocal and gradient elasticity in micro/nano structures인용 수 0

한 줄 요약

본 논문은 열역학적으로 일관된 그래디언트 결정소성 프레임워크를 개발하여 크기 의존적인 항복 강화가 본질적으로 패시베이션-유형 경계 효과와 연계되어 있음을 보여 주며, 강한 소모적 그래디언트 영향이 있음을 밝힌다.

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.

연구 동기 및 목표

• Gurtin의 파워-연계(formulation)와 일치하는 유한 변형 그래디언트 소성 이론 프레임워크를 제시한다.
• 유동 규칙에서 에너지적 및 소모적 마이크로스트레스 기여를 명시적으로 분리한다.
• 패시베이션 유형 경계 제약이 단일 결정의 소성 반응에 미치는 영향을 조사한다.

제안 방법

• 열역학적으로 구성된 유한 변형 그래디언트 결정 소성 모델을 개발한다.
• 에너지적 및 소모적 마이크로스트레스 기여를 포함하는 유동 규칙을 도입한다.
• 패시베이션 유형 경계 제약을 이용한 수치 해석을 수행하여 재료의 구성 법칙 거동을 검토한다.
• 그래디언트 효과가 항복 강화 및 경계 반응을 어떻게 변화시키는지 분석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 패시베이션 제약이 가해질 때 소성 시작에서의 그래디언트 강화 거동이 지속되는가?
• RQ2 경계 제약하에서 기계적 반응을 증가시키는 소모적 그래디언트 효과의 역할은 무엇인가?
• RQ3 크기 의존 강화 를 포착하는 구성 법칙이 패시베이션 하에서 거의 탄성에 가까운 응답을 동시에 재현할 수 있는가?
• RQ4 단일 결정에서 그래디언트에 의한 항복 강화와 경계 구동 응답 사이에 어떤 근본적 연결 고리가 존재하는가?

주요 결과

• 항복 시작에서 그래디언트 강화 를 재현하는 구성 법칙은 패시베이션 제약하에서도 뚜렷하고 거의 탄성형 유사한 응답을 생성한다.
• 그래디언트에 의한 항복 강화와 경계 구동으로 인한 기계적 반응의 증가 사이에 근본적인 연결 고리가 존재한다.
• 모형에서 소모적 그래디언트 효과는 그래디언트 강화와 패시베이션 개시를 연결하는 데 필수적인 역할을 한다.
• 결과는 경계 조건이 그래디언트 소성성과 상호 작용하여 관찰된 기계적 응답을 형성하는 방식을 강조한다.