DAMASK 3.0耦合MARC實(shí)現(xiàn)任意復(fù)雜邊界的多晶建模分析
DAMASK(Düsseldorf Advanced Material Simulation Kit)是面向材料微觀—宏觀耦合的多物理場(chǎng)晶體塑性平臺(tái),既能做頻譜(FFT)網(wǎng)格求解,也能和有限元求解器協(xié)同。3.x 版本官方給出三種求解路徑:自帶的 DAMASK_grid(規(guī)則網(wǎng)格)、DAMASK_mesh(非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格),以及商業(yè)有限元 MSC Marc 接口(FEM)。這么做的好處是:微結(jié)構(gòu)演化/晶體塑性細(xì)節(jié)交給 DAMASK,復(fù)雜幾何與邊界條件交給成熟的 FEM。
老用戶(hù)要注意:官方早在 v2 時(shí)代就發(fā)出棄用 Abaqus 支持的提醒——2.0.3 是最后一個(gè)支持 Abaqus 的版本,之后不再維護(hù)。因此在 3.x 里,如果你的工況涉及復(fù)雜幾何、接觸、裝配邊界、多段載荷甚至熱—機(jī)耦合,單靠頻譜/網(wǎng)格解并不總是方便,這時(shí)就需要把 DAMASK 與一個(gè) FEM 求解器耦合。官方明確給出的 FEM 選項(xiàng)就是 MSC Marc。
DAMASK 與 Marc 通過(guò) HYPELA2 用戶(hù)子程序耦合,同時(shí)還能調(diào)用 flux、uedinc 等回調(diào);Marc 輸入卡(*.dat)里定義幾何與邊界,材料/細(xì)觀模型與 DAMASK 的 material.yaml 通過(guò) StateVariable 2/3 建立映射。官方還給出了求解器設(shè)置建議:非對(duì)稱(chēng)線性方程解法(如 multifrontal 稀疏)在多數(shù)場(chǎng)景更快;若做 DDM 域分解,則要切換回對(duì)稱(chēng)解法。這些都是“開(kāi)箱即用”的接口與工作流細(xì)節(jié),對(duì)需要快速落地復(fù)雜邊界條件的多晶計(jì)算非常友好。
和 Abaqus 相比,Marc 在這類(lèi)任務(wù)上的主要優(yōu)勢(shì)(聚焦“與 DAMASK 聯(lián)用”的落地性):
- 原生耦合鏈路更清晰:HYPELA2 + 標(biāo)準(zhǔn)輸入卡工作流,DAMASK 文檔直給字段映射與子程序清單,減少自定義粘合層工作量。
- 復(fù)雜邊界/接觸友好:Marc 在設(shè)定復(fù)雜邊界、非線性接觸與多步載荷時(shí)的穩(wěn)健性與可控性是其傳統(tǒng)強(qiáng)項(xiàng),結(jié)合 DAMASK 可把“微觀—宏觀—邊界”串成一條線(這一點(diǎn)也體現(xiàn)在官方示例與推薦設(shè)置中)。
- 多物理場(chǎng)耦合方便:DAMASK 的熱—機(jī)等耦合可通過(guò) Marc 的 flux 類(lèi)用戶(hù)子程序接入,實(shí)現(xiàn)塑性耗散生熱等效應(yīng)的有機(jī)整合。
- 版本路線清晰:Abaqus 在 3.x 被官方棄用,Marc 則是 3.x 文檔中明確支持與維護(hù)的 FEM 選項(xiàng),減少“接口過(guò)期”的不確定性與維護(hù)成本。
Damask官方提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的多晶變形案例,可以直接用于初次的嘗試
官方案例如下:
其中第一個(gè)文件是單晶的材料屬性文件,定義和使用原生的damsk求解器格式完全一致,第二個(gè)文件時(shí)多晶模型,邊界和網(wǎng)格文件,內(nèi)容如下圖所示:
可以直接打開(kāi)MARC軟件在文件夾終端對(duì)應(yīng)(mentat)
主界面如圖所示:
然后導(dǎo)入官方案例如下圖所示(不同顏色表示不同材料)
提交運(yùn)算并選擇用戶(hù)子程序即可:
運(yùn)行時(shí)可以根據(jù)電腦的核心進(jìn)行多核并行運(yùn)算:
同時(shí)可以在計(jì)算面板監(jiān)控運(yùn)行的狀態(tài):
計(jì)算結(jié)果如下圖所示(使用marc進(jìn)行可視化即可):
等效應(yīng)力云圖:
等效塑性應(yīng)變?cè)茍D:
目前進(jìn)行了官方案例的嘗試,后續(xù)會(huì)進(jìn)行更多案例的展示
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