晶體塑性本構
關注創建者：學習go on 創建時間：2020-03-27
晶體塑性本構的視頻教程
土體彈塑性本構理論（臨界狀態理論，劍橋模型，狀態相關本構，邊界面模型）
本套課程將由淺入深教大家一些土體本構方面的理論知識。本構就是用數學公式描述土體的復雜特性，因此掌握一些本構相關知識對了解土體性質，進而開展巖土工程問題的研究具有重要意義。同時本課程的課件及參考資料都會在附件里贈送給大家。
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ABAQUS VUMAT 一維彈塑性本構VUMAT
本課程主要圍繞ABAQUS VUMAT在一維彈塑性本構中的應用展開，具體內容模塊如下： 第一部分：理論基礎夯實 各向同性線彈性本構：回顧基礎彈性理論。 屈服準則與流動法則：理解材料何時屈服及塑性流動方向。 應變分解與更新：掌握彈性應變與塑性應變的分離處理。 徑向返回法 ：學習顯式積分中處理彈塑性問題的核心數值算法。 牛頓迭代法：掌握求解非線性方程組的數值方法。
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晶體塑性本構的實例教程
經典文章推薦
《Necking behavior of AA 6022-T4 based on the crystal
plasticity and damage models
是最經典的耦合晶體塑性理論和連續損傷的文章之一，損傷力學有兩種主要方法。第一種是Gurson提出的基于微觀力學的損傷模型。在基于微觀力學的方法中，損傷演化通過孔隙成核、生長和聚結來描述。對空穴成核和生長進行了建模，必須使用實驗數據確定相關系數。另一種方法是連續損傷力學（CDM）。在CDM框架中，使用應力、壓力、溫度和應力三軸性確定斷裂應變。在這些研究之后，提出了許多改進的模型，以包括洛德角和各向異性損傷的影響，
作者在研究中使用的損傷模型基于連續損傷力學（CDM）。然而，通過結合CPFEM可以預測孔隙的萌生、生長和聚結行為。此外，材料因損傷而弱化用于描述頸縮后承載能力的突然下降，通過顯式時間積分方案進行了分析，這為通過CPFEM預測頸縮行為提供了可能性。然而，沒有預測頸縮形狀和載荷位移曲線。為了準確預測頸縮和載荷位移曲線，使用隱式時間積分方案進行了分析，可以獲得更合理的載荷位移曲線。此外，還進行了實驗，并與分析結果進行了比較。最后，新提出了四種不同的帶系數校準的損傷模型，并提出了一種最能描述頸縮行為的模型。
作者使用的四類連續損傷模型理論如下
（1）最大塑性應變損傷模型：該模型將損傷定義為當主塑性應變大于某一臨界值時開始和累積的損傷。此模型寫為：
ε1f.ini是損傷萌生塑性應變值，ε1f.ini是最大塑性應變值，D是損傷因子，M是損傷指數（通常取值大于1.0有利于流動應力平滑過渡）
（2）等效塑性應變損傷模型：該模型將損傷定義為當等效塑性應變大于某一臨界值時開始和累積的損傷。
展開 參考文獻:《A computational procedure for rate-independent crystal plasticity》
文章doi：10.1016/j.tws.2024.112610
在速率無關晶體塑性中，長期懸而未決的三件事：(i) 如何判定哪些滑移系“活動”；(ii) 活動滑移系上的剪切增量是多少；(iii) 多滑移導致的非唯一性如何穩定、唯一地求解。作者提出一個穩健、唯一的計算流程來同時解決三點，并證明它與低速率敏感度的速率相關模型（m→0）在預測上基本一致。詳細的算法總結如下：
作者使用該方案，對 fcc 單晶三種典型取向（[001]、[111]、[236]），無硬化和強潛在硬化（q=1.4q=1.4q=1.4）兩類情形進行了數值算法的對比，其數值結果表明速率無關求解與速率相關（m=0.012）預測幾乎不可區分；同時多晶（343 晶粒）壓縮及 Taylor 模型亦吻合良好。同時率相關和率無關模型模擬的多晶的取向演化特征也基本無差異。
此外作者的通過SVD奇異值分解方案的率無關數值框架的計算效率相對率無關高一些，而作者對于umat隱式實現方案的一致性雅可比通過引入小的率相關系數實現的近似雅可比方案。顯示vumat則不需要雅可比。
基于作者數值方案，這里使用SVD奇異值把率相關模型改為對應的率無關模型（采用顯示vumat進行實現）。實現效果如下：
應力分布結果（變形5%時）：
迭代過程中的最大殘差（變形5%時）：
在這個數值實現過程中，vumat的率無關是略快于經典的率相關求解方案的（大概1.5倍左右），同時計算結果與率相關方案（低率相關系數）的應力分布和整體的流動應力結果幾乎沒有區別。對率無關模型感興趣的可以閱讀這篇經典的率無關算法實現的方案。也可以加入知識星球討論：
展開 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。
展開 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。
展開 這份資料是從事固體力學研究幾年經典推薦教程，助你在有限元仿真理論部分有更深入的理解和認識，同時對有限元材料本構模型的UMAT子程序的編寫、材料參數的設置、ABAQUS的前處理有更加深入的感悟。
附件中文件：inp單胞模型，UMAT晶體塑性經典子程序，子程序對應的經典說明，固體力學國際經典教程（Computational Methods for Plasticity），ABAQUS工程項目前處理經典教程。
看好再購買，售出不退，謹慎入手
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晶體塑性本構的最新內容
我們可以作者提出的模型完整的構建一個考慮晶界多尺度模型，演示如何計算每個滑移系對應的晶界通透系數，并將其轉化為晶界障礙應力引入晶體塑性本構中。通過對比是否考慮晶界障礙項，可以觀察晶界附近滑移活動、位錯密度分布以及應變局部化特征的變化。
<p class="ql-align-justify"><span style="color: rgb(15, 17, 21);">本資源包含一份 PDF 文檔和可直接編譯運行的 Fortran UMAT 代碼，具體內容為：</span></p><p class="ql-align-justify">理想彈塑性本構 + 隱式積分 + 徑向返回</p><p class="ql-align-justify
并不簡單的彈塑性本構子程序6個月前
初學材料力學就知道最常見的金屬一般都是彈塑性的。
所謂彈塑性，就是把材料性能劃分成了兩個階段，前面的階段是彈性，比較好理解，載荷與變形線性變化。后面塑性，就是指材料繼續變形，但是載荷不往上走了，或者即便走也變慢了。而且即便完全卸載，第二個階段的變形仍然會保留。
材料如此，人亦如此，過度消耗是補不回來的。彈塑性材料有屈服強度這個概念，就是指進入塑性后，本來向上的曲線開始低頭了
1 vumat與umat的區別
從程序實現的角度，我們重點關注以下幾點區別：
? vumat不需要輸出一致性切線剛度矩陣
? vumat中應力應變存儲順序與umat不同
? vumat中存儲的應變值為張量應變值，而umat中為工程應變
? vumat的應力和狀態變量的更新方式不同，其分為old和new兩個數組
Abaqus/Explicit在啟動計算前，會進行數據檢查
參考文獻:《A computational procedure for rate-independent crystal plasticity》
文章doi：10.1016/j.tws.2024.112610
在速率無關晶體塑性中，長期懸而未決的三件事：(i) 如何判定哪些滑移系“活動”；(ii) 活動滑移系上的剪切增量是多少；(iii) 多滑移導致的非唯一性如何穩定、唯一地求解。作者提出一個穩健
對于本例中所采用的現象學晶體塑性本構關系，共有114個狀態變量，分別如下：
SDV1：HomogenizationCount
SDV2：GrainCount
SDV3：CrystalliteCount
SDV4~7：quaternion（取向四元數）
SDV8~11：deviation from initial orientation as axis (1-3) and angle in
ABAQUS中UMAT中的循環塑性模型，包含非線性各向同性強化彈塑性、線性各向同性強化彈塑性、線性隨動強化彈塑性模型，包含CAE文件、UMAT文件等。
<p class="ql-align-justify">本內容基于韓林海的約束混凝土模型所制作的Excel，可用于將其輸入直接到ABAQUS中，用于建立鋼管約束混凝土型，具體如下：</p><p class="ql-align-justify">模型介紹：</p><p class="ql-align-justify">本模型基于<span style="color: rgb(25, 27, 31);"
<p>本課程為分享課B1—基于GB50010-2010規范的混凝土塑性損傷本構模型（表格與小程序），主要分享給從事鋼管混凝土、混凝土結構研究的學生，科研工作者。</p><div contenteditable="false" width="100%"><figure class="figure-image" data-img="https://img.jishulink.com/202412/attachment
主程序：
subroutine usermat(
& matId, elemId,kDomIntPt, kLayer, kSectPt,
& ldstep,isubst,keycut,
& nDirect,nShear,ncomp,nStatev,nProp,
& Time
