在FCC晶體中，有12種滑移系統可能在塑性變形過程中被激活

通常，樣品的晶體學和應力狀態是決定滑移系統是否活躍的主要因素。試驗過程中試樣所經歷的塑性來自于激活滑移系統的貢獻。臨界分辨剪切應力是確定晶體滑移開始的標準，而FCC金屬材料塑性變形主要由位錯滑移貢獻。以位錯為內變量的本構方程可以對多晶材料的塑性變形做出更加物理的描述和預測，并與微尺度的實驗進行對比分析。

Ma和Roters引入的基于位錯密度的本構模型（Ma和Roter，2004；Ma、Roters和Raabe，2006a，b）使用移動位錯ρmα，沿著滑移系統α滑動，以適應部分外部塑性變形，在基于位錯的模型中，Orowan方程通常代替唯象的冪律流動方程

其中ρm是統計儲存位錯密度，b是伯格斯矢量，v是可移動位錯密度平均速度，統計儲存位錯密度表示為初始統計位錯密度和變形過程中統計位錯密度增量之和，統計位錯密度演化表示為

其中dαβ是位錯增殖相互作用張量，kc和knc分別作為控制共面和非共面滑移系統相互作用系數大小的常數。量rαc是位錯湮滅的位錯捕獲半徑，并隨溫度和變形速率的變化（Kocks，1976），通常使用考慮統計位錯密度的本構模型，即從一個材料點的加載歷史可以充分描述本構行為。對于多晶體的應力-應變曲線和織構預測，溫度效應，局部位錯模型已被證明是強大和有效的。

然而，如果模擬規模變小，例如在專注于納米壓痕（Zaafarani et al.，20082006）和微柱壓縮（Raabe，Ma和Roters，2007a）的研究中，則局部模型可能由于無法描述尺寸效應而不足，較小晶粒尺寸的強化效應是由于晶界附近非均勻塑性變形的體積分數較高。文獻中有幾種基于位錯機制的解釋，如晶界前移動位錯的堆積，導致應力集中，從而增加晶界附近的滑移阻力或應變梯度，從而產生額外的位錯密度增量，從而增加滑移阻力（Evers等人，2002）。此外，不同類型的實驗，如微扭轉、微彎曲、顆粒增強金屬基復合材料的變形和顯微壓痕硬度測試，都清楚地顯示了流動應力的長度尺度依賴性

在這些實驗中，通常會發生不均勻的塑性變形，這可能會導致材料點附近的方向和應變梯度。這些梯度可能與幾何必要位錯（GND）相關（Ashby，1970）。在現象學模型中，如何將GND整合到本構模型中并不簡單。相反，在基于位錯密度的模型中，GND概念可以很容易地作為本構框架的一部分進行整合（Nye，1953），目前通用的一類將幾何必要位錯（GND）引入本構模型的方式是通過Nye的位錯張量將應變梯度引入到GND之中

GND幾何必要位錯張量的演化表示為

其中：

得到統計位錯密度和幾何必要位錯密度后，根據經典的taylor理論得到滑移系統當前時刻的臨界分切應力

其中G為剪切模量。

數值模型

建立0.1*0.03*0.001mm的準二維板狀多晶模型，共包含200個晶粒的80000個C3D8單元（640000個積分點），X0完全固定，沿著x1方向進行10%單軸拉伸模擬，由于梯度的引入，略微減低了求解速度，但對于收斂性的影響幾何可以忽略，模型的穩定時間增量步0.001，大約求解時間5小時，模擬得到的數值結果如下：

應力分布情況

累計剪切滑移

統計位錯密度SSD分布

幾何必須位錯密度GND分布

總位錯密度分布

可以看到統計位錯密度分布與滑移系統的累計剪切分布情況類似，因為計算過程中統計位錯密度計算主要由不同滑移系統的剪切滑移有關，而幾何必要位錯密度主要分布與晶界附近區域等高應變梯度區域，最終通過硬化方程，使得該區域附近應力迅速升高，這在應力分布圖中得到了良好的體現。