晶體塑性模擬中的大變形網格重劃分

參考文獻《Large-deformation crystal plasticity simulation of microstructure and microtexture evolution through adaptive remeshing》

在我們進行大變形晶體塑性時,做到后期,最常見的“翻車點”不是本構收斂性問題,而是網格畸變:單元被壓扁/拉長后,數值誤差會明顯放大,輕則結果不準,重則直接不收斂、崩潰(segfault/迭代發散),尤其在局部化或剪切帶發展階段更明顯。

我們常見的處理方案主要是:

  • ALE(任意拉格朗日-歐拉)
  • 網格可以“跟著材料走一部分”,同時又能做平滑/重分布,緩解畸變,適合大變形且邊界變化不太極端的場景。
  • CEL(耦合歐拉-拉格朗日)
  • 材料在歐拉網格里“流動”,網格畸變問題大幅減輕,適合極端變形、沖擊、擠壓、材料流動這類問題,但材料界面追蹤、歷史變量攜帶更復雜。
  • 重劃分 Remeshing + 狀態變量映射(最通用)
  • 當網格畸變到閾值,換一張“干凈網格”,把舊網格的歷史狀態(取向、硬化、位錯密度等)映射到新網格繼續算——這是很多晶體塑性/微觀模擬里最常用的工程化路線。
  • 在這個IJP文章里面:Sedighiani(IJ Plasticity 2021)的做法很直接:1,對新網格每個積分點,在舊網格里按歐氏距離找最近鄰點,建立對應關系;2,然后把需要繼承的變量從舊點“搬到”新點;同時對與形變/取向強耦合的量做一致性處理(比如通過處理 FFF、FpF_pFp、取向矩陣來保證重啟后不引入不合理的應力突跳)。相關做法完美的集中到damask3.0版本里面,然而需要指出的是:DAMASK/譜方法更偏向規則網格與RVE范式,而工程里經常需要:任意幾何與復雜邊界(非周期、接觸、局部細化等),以及不同工藝路徑(多道次、換向、局部約束),Abaqus CPFEM(UMAT/VUMAT)在這些方面更“通用”,所以把“remesh + 狀態變量映射”做成一套工作流,就能把大變形晶體塑性更穩地推進到更高壓縮/更大應變階段。
  • 因此結合作者提供的思路,嘗試把相關方法遷移到abaqus,并初步實現了理想的效果。

這里展示模擬的案例的效果,初始模型尺寸0.1*0.03mm的二維模型,并沿著RD方向壓縮40%.vs.20%(remesh)+20%使用簡單的唯象模型測試

初始模型如下圖所示:

晶體塑性模擬中的大變形網格重劃分的圖1

壓縮20%后應力分布如下:

晶體塑性模擬中的大變形網格重劃分的圖2

累計剪切滑移如下:

晶體塑性模擬中的大變形網格重劃分的圖3

晶粒旋轉角度:

晶體塑性模擬中的大變形網格重劃分的圖4

在20%變形后進入網格重劃分,重劃分后的變量傳遞:

累計剪切滑移分布如下:

晶體塑性模擬中的大變形網格重劃分的圖5

晶粒旋轉角度如下圖:

晶體塑性模擬中的大變形網格重劃分的圖6

可以看到所有相關變量良好的映射到規則網格上面。

接下來對比單次壓縮40%(左側)和20%remesh(右側)之后再壓縮20%的結果對比:

應力分布結果:

晶體塑性模擬中的大變形網格重劃分的圖7

累計剪切滑移分布:

晶體塑性模擬中的大變形網格重劃分的圖8

晶粒旋轉角度分布:

晶體塑性模擬中的大變形網格重劃分的圖9

累計剪切滑移------應力曲線分布

晶體塑性模擬中的大變形網格重劃分的圖10

重劃分后應力略低于不劃分單次壓縮的結果,其余結果網格重劃分和原始模型基本一致,驗證了作者提出方案的準確性。做成型和大變形相關內同可以參考文章進行對應的嘗試

登錄后免費查看全文
立即登錄
App下載
技術鄰APP
工程師必備
  • 項目客服
  • 培訓客服
  • 平臺客服

TOP

2