经典塑性理论的基本假设之一是一点的应力只取决于该点的应变或应变历史，但在微成形中，非均匀塑性变形的特征长度为微米级，材料具有很强的尺度效应。在这种情况下，一点的应力不仅与该点的应变及应变历史有关，而且也与该点的应变梯度及应变梯度历史有关，材料表现为二阶特性。由于传统的塑性理论中本构模型不包含任何尺度，所以不能预测尺度效应，现有的设计和优化方法如有限元（FEM）及计算机辅助设计（CAD）都是基于经典的塑性理论，而它们在这一微小尺度已不再适用。另一方面，以现有的技术条件按照量子力学和原子模拟的方法在现实的时间和长度尺度下处理微米尺度的变形依然很困难。所以，建立联系经典塑性力学和原子模拟之间的在连续介质框架下、考虑尺度效应的本构模型就成为必然的研究方向。近年来已发展起来多种应变梯度塑性理论，较为典型的有CS（Couple Stress）应变梯度塑性理论、SG（Stretch and Rotation Gradients）应变梯度塑性理论和MSG（Mechanismbased Strain Gradi-ent）应变塑性理论。位错理论表明，材料的塑性硬化来源于几何变形位错和统计储存位错，据此Fleck等发展了CS应变梯度塑性理论，它是经典的J2形变或J2流动理论的推广。在该理论中，为了考虑旋转梯度的影响，引入了偶应力。Fleck等应用这种理论成功地预测了细铜丝的扭转、薄梁弯曲和颗粒增强金属基复合材料的尺度效应。但在无旋转及旋转梯度变为低阶时，这一模型不再适用，因此Fleck等提出了另一套理论——SG应变梯度塑性理论，在这个理论中，除了考虑旋转梯度外，还考虑了拉伸梯度。应用该理论可以精确地体现裂纹尖端场的应变梯度效应。虽然Fleck等把位错理论作为他们提出应变塑性理论的动机，但实际上只是将高阶等效应力与等效应变取代经典塑性本构关系的等效应力和应变，仍然是在宏观可以测量的单轴应力应变关系的基础上建立的，也就是说没有真正考虑材料的微观结构。Gao等提出了一种多尺度、分层次的理论框架——MSG应变塑性理论，来实现塑性理论和位错理论的结合，在微观尺度胞元的水平上建立塑性理论，高阶应力作为应变梯度的热力学共轭量出现，故保证此理论满足连续介质的热力学限制。事实上，早在20世纪80年代，变形体固体力学中就已经出现了类似的分层次学术方向，并于近年来形成一门新兴力学分支——结构非均一介质的物理介观力学，以俄罗斯潘宁B.E.为代表，在最近10多年间得到了令人信服的实验和理论论证。物理介观力学认为，在不同尺度层次上对塑性变形的描述是有原则区别的，塑性变形的最基本行为不是剪切滑移，而是平移—扭转的涡流，其中三维结构单元的平移与扭转的运动模式互相有机地联系着；塑性变形的扭转模式将介观的结构层次谱系引导至自协调的运动状态，并使得其中出现新的耗散结构，把负荷作用下的固体作为一个多层次的自组织系统，其中微观、介观、宏观层次是互相有机联系的。正确理解微成形的变形机理需要将固体材料的内部结构和所有尺度水平上结构单元的非常复杂的相互作用因素考虑在内，普通的材料科学不足以解决这些难题，建立在固体变形结构水平概念上的物理介观力学的突破将有望系统性地解决微成形的力学模型问题。(www.xing528.com)
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