兩類多晶平均場均勻化方案
(一)taylor均勻化方案
Taylor均勻化模型在abaqus實現時,通常一個積分點包含多個晶粒,其中積分點響應由晶粒響應的體積平均響應給出,積分內的各個晶粒的變形梯度均等于宏觀變形梯度。通過變形梯度計算各個晶粒的應力響應,晶粒彼此之間不存在應力平衡關系,但應變協調,計算得到各個晶粒的得到柯西應力,之后得到體平均柯西應力,更新積分點響應。以及整體的織構,使用該模型通常用于反應多晶聚集體整體的響應,以及織構演化分析。并且由于等應變假設,Taylor模型通常相較于有限元方法,整體的應力響應會更高,織構演化預測更加鋒銳。但計算成本顯著低于有限元離散。
以FCC軋制軋制模擬為例子(并行過程織構演化以及應力應變響應情況)
(二)粘塑性自洽方案(VPSC)
VPSC 全稱 Visco Plastic Self Consistent,指的是特定的機械狀態 (VP) 和使用的方法 (SC)。VPSC 是為應用于低對稱材料(六邊形、三角形、正交、三角形)而開發的,理論的基本出發點與前述的晶體塑性本構一致,不同的是在于處理晶粒之間相互作用時,不適用taylor等應變假設,而是將晶粒視為無限大基體的夾雜,基體的應力與應變響應等于各個晶粒的平均響應,滿足應變協調,并通過制定晶粒之間相互作用方案(切線,仿射,割線……)滿足晶粒與基體的應力平衡,特別適用于大規模成型過程中的取向演化分析,尤其是hcp對稱性較差的結構,但無法考慮晶粒與晶粒之間以及晶粒內部的響應情況分析,往往用于定性分析滑移系統開動情況,孿晶演化,宏觀應變硬化等。
同taylor模型一致,VPSC模型也可以與有限元求解器進行關聯,邊界條件通常包含兩類方法(1,直接指定對應的應變分量,等效應變分量;2,通過有限元模擬獲得經過特定變形條件的速度梯度場,導入VPSC作為邊界條件分析,適用于如等通道轉角擠壓ecap類的復雜工況問題下的織構演化分析,可以使用顯式求解器效率更高。這里以編寫VUMAT進行三點彎曲模擬為例子)
值得注意的是當我們把單晶的本構模型與有限元求解器結合時,不同晶粒之間在有限元的意義上同時滿足應力平衡和應變協調。隨著計算器處理數據能力的提升,晶體塑性有限元方案CP-FEM逐漸替代了對應的均勻化方案,但在尺度跨越時,均勻化方案依然可以成為不同尺度下溝通的橋梁。
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