[论文解读] 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 0

一句话总结

本论文建立一个热力学一致的梯度晶体塑性框架，显示尺寸相关的屈服强化本质上与钝化型边界效应相关，揭示了强烈的耗散梯度影响。

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.

研究动机与目标

• 推动一个与Gurtin的功-共轭形式一致的有限变形梯度塑性框架。
• 在流动规律中明确分离能量性与耗散性微应力贡献。
• 研究钝化型边界约束如何影响单晶的塑性响应。

提出的方法

• 以热力学为框架开发有限变形梯度晶体塑性模型。
• 引入包含能量性和耗散性微应力贡献的流动规律。
• 对具有钝化型边界约束的数值仿真，检验本构行为。
• 分析梯度效应如何修饰屈服强化与边界响应。

实验结果

研究问题

• RQ1 当施加钝化约束时，塑性起始阶段的梯度强化行为是否仍然存在？
• RQ2 耗散梯度效应在边界约束下提升力学响应中的作用是什么？
• RQ3 能够同时再现近弹性响应的本构定律在考虑尺寸相关强化时是否可行？
• RQ4 在单晶中，梯度诱导的屈服强化与边界驱动响应之间存在哪些基本联系？

主要发现

• 能再现屈服起始处梯度强化的本构规律也会在钝化约束下产生显著的、近似弹性类型的响应。
• 存在梯度诱导的屈服强化与边界驱动的力学响应提升之间的基本联系。
• 耗散梯度效应在模型中对将梯度强化与钝化起始耦合起着关键作用。
• 结果强调边界条件如何与梯度塑性相互作用，塑造观测到的力学响应。