晶體學(xué)建模的案例
ABAQUS三維Voronoi晶體幾何建模
材料晶體塑性理論與細觀尺度上晶體幾何模型相融合的模擬方法為探究材料在塑性變形過程中的行為機制以及晶體材料優(yōu)化開辟了新途徑。本案例演示在CAD軟件內(nèi)通過Voronoi建立晶體三維模型，并將模型導(dǎo)入到Abaqus CAE內(nèi)，完成晶體材料的有限元建模。
在AutoCAD軟件內(nèi)，采用CAD_Voronoi V1.0.1插件建立晶體結(jié)構(gòu)三維模型，并將整個模型導(dǎo)出為.iges格式文件備用。
CAD_Voronoi V1.0.1插件
將導(dǎo)出的Voronoi模型文件以部件的形式導(dǎo)入到ABAQUS內(nèi)。
插件可建立包含晶界的模型，在Abaqus內(nèi)將晶格及晶界分別賦值不同材料。
也可建立無晶界模型，對不同晶格分別指派材料。
可將Voronoi晶體部件進行裝配。
及完成網(wǎng)格劃分等操作。
展開 晶體建模digimat
相較之于MATLAB和abaqus其他插件構(gòu)建二維和三維的晶體結(jié)構(gòu)，digimat具有GUI界面，關(guān)于晶體的晶體學(xué)方向以及晶格大小都可根據(jù)用戶實際使用材料進行定制，且界面友好，結(jié)果相對準確，希望對晶體學(xué)研究的人員提供幫助，官方網(wǎng)站上還有鋁合金的相關(guān)建模；現(xiàn)將相關(guān)安裝包和證書以及案例奉上
digimat.7z
digimat證書.7z
digimat實例模型.7z
（個人觀點，如對同行造成冒犯或者其他，由于不做商業(yè)用途請勿追究）
ANSYS Workbench晶體結(jié)構(gòu)Voronoi泰森多邊形建模
在ANSYS Workbench內(nèi)建立包含晶格及晶格邊界在內(nèi)的晶體結(jié)構(gòu)模型，可用于模擬多種物理現(xiàn)象及材料行為。晶格模型適用于研究微觀尺度下的材料性質(zhì)，以及它們?nèi)绾斡绊懞暧^性能，如進行金屬晶體結(jié)構(gòu)建模及斷裂的模擬等。
晶體結(jié)構(gòu)模型可采用CAD Voronoi插件進行建模后導(dǎo)入Workbench內(nèi)，首先采用插件在AutoCAD內(nèi)建立模型的二維草圖。
在CAD內(nèi)采用拉伸命令將晶格及晶界分別建立三維模型。
將模型導(dǎo)出為iges格式文件后，即可導(dǎo)入到ANSYS內(nèi)。
可對晶格模型劃分網(wǎng)格及進行后續(xù)的有限元模擬。
CAD Voronoi插件
https://www.yqgqt.org.cn/post/1860011
展開 ABAQUS任意模型Voronoi三維晶體建模
隨后可進行網(wǎng)格劃分，設(shè)置邊界條件，并執(zhí)行晶體結(jié)構(gòu)的有限元仿真分析。
晶體塑性模型的建模問題
我在研究晶體塑性滑移與孿生耦合的模型，采用的是FE模型，一個單元代表一個晶粒，遇到了一些問題請大俠指導(dǎo)。
我這里有個師兄的216個晶粒的inp文件，嵌入我編寫的umat可以計算。然后我自己建立了一個125個晶粒（單元、網(wǎng)格）的inp，嵌入我的UMAT不能計算，并且提示我inp有問題，由此我斷定是inp不正確，但是我在此inp文件中將材料的參數(shù)改為相應(yīng)的普通的彈性和塑性輸入而不需要嵌入UMAT，卻可以計算，這由此又可以說明我這個inp沒什么問題，我不知道這是什么原因?qū)е碌模胀ǖ膇np建模和晶體塑性inp的建模之前有什么區(qū)別？請高手解答，有做晶體塑性的朋友也可以進行交流，我的QQ：422544890
展開 ABAQUS三維晶體結(jié)構(gòu)柱狀晶等軸晶建模
通過ABAQUS三維晶體塑性有限元建模，深入揭示柱狀晶微觀結(jié)構(gòu)（如晶粒尺寸、取向）與力學(xué)性能的關(guān)聯(lián)，為鑄造、焊接工藝優(yōu)化提供關(guān)鍵理論依據(jù)，顯著提升材料可靠性與使用壽命。本案例介紹在ABAQUS內(nèi)建立三維晶體結(jié)構(gòu)有限元模型。
柱狀晶體模型采用CAD Voronoi V2.1插件建模，首先建立二維Voronoi模型，并在CAD內(nèi)通過拉伸命令形成三維柱狀晶體。
等軸晶模型采用CAD Voronoi 3D插件直接生成。
CAD晶體結(jié)構(gòu)建模完成后，導(dǎo)出為iges文件，并以部件的形式導(dǎo)入到ABAQUS內(nèi)。
在ABAQUS內(nèi)建立裝配即可完成三維晶體結(jié)構(gòu)的建模。
展開 雙軸晶體中錐形折射的建模與應(yīng)用
通過快速的物理光學(xué)建模和設(shè)計軟件VirtualLab Fusion，這種效應(yīng)及其應(yīng)用可以得到充分的研究。看看下面的例子，我們首先演示了使用圓偏振輸入光束的圓錐折射的基本原理，然后分析了在分離臂中有兩個雙軸晶體的偏振探測儀的設(shè)計。
雙軸晶體中的錐形折射
證明了KGd晶體中的圓錐形折射。
錐形折射作為偏振測量工具的模擬
這個用例演示了錐形折射應(yīng)用于偏振測量工具。
錐形折射是由光學(xué)各向異性引起的眾所周知的現(xiàn)象。當(dāng)聚焦光束沿其光軸通過雙軸晶體傳播時，就會發(fā)生這種現(xiàn)象：透射場演化為一個高度依賴于輸入光束偏振狀態(tài)的錐體。基于這一現(xiàn)象已經(jīng)發(fā)展了多項應(yīng)用；用它作為偏振測量的基礎(chǔ)是最有趣的方法之一。
展開 COMSOL晶體斷裂基于維諾圖Voronoi泰森多邊形建模
在外部荷載及內(nèi)力效應(yīng)的作用下，晶體材料將發(fā)生斷裂破壞，按晶體材料斷裂時裂紋擴展路徑的差異，可將晶體的斷裂分為穿晶斷裂及沿晶斷裂兩種斷裂形式。
穿晶斷裂中裂紋穿過晶體的晶粒內(nèi)部，斷裂面較為粗糙；沿晶斷裂中裂紋沿晶界擴展，可以清楚地看到一個個晶粒，晶粒面比較光滑。
在COMSOL中對兩種斷裂形式進行模擬，模型采用Voronoi泰森多邊形構(gòu)建晶體的晶粒組織，幾何模型采用CAD Voronoi插件進行參數(shù)化建模生成。
插件采用合理的多邊形約束模式，可使得泰森多邊形晶粒結(jié)構(gòu)生成大小均勻，且可避免存在三角形晶體及角度過小的情況。模型對晶格及邊界分別定義不同的材料參數(shù)，以實現(xiàn)開裂模式上的差異。力學(xué)模型采用軸向拉伸模擬，左側(cè)邊界設(shè)置為輥支撐，右側(cè)設(shè)置水平向的位移。
COMSOL晶體材料的穿晶斷裂及沿晶斷裂位移：
COMSOL晶體材料的穿晶斷裂及沿晶斷裂裂縫擴展：
需要進行模擬的可在下面鏈接下載Voronoi的模型樣圖，CAD格式的，需要自己導(dǎo)入的COMSOL內(nèi)：
CAD Voronoi
展開 晶體塑性有限元建模工具neper的一些資料整合 ￥30
ops_request_misc=&request_id=&biz_id=102&utm_source=distribute.pc_search_result.none-task-blog-2~all~sobaiduweb~default-4
ubuntu安裝neper詳細版：
（評論區(qū)下面有幾個安裝過程中的問題，如果有一些樣的可以對照解決）
（視頻出現(xiàn)的代碼我放在最后了）
https://www.bilibili.com/video/BV1t4411m7ZH
安裝 neper 多晶體網(wǎng)格生成軟件：
（該網(wǎng)址還有安裝過程中或測試的時候會出現(xiàn)的一些提示問題）
https://pencilq.com/22/
Neper 在Linux（ubuntu）下的安裝方法：
https://blog.csdn.net/u011211153/article/details/79274248
基于Neper和FEPX的晶體塑性有限元計算平臺搭建與使用【合集】：
http://www.yqgqt.org.cn/college/video/c15965
晶體塑性有限元建模工具neper系列：
http://www.yqgqt.org.cn/college/video/c15430
阿里源
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic-security main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic-updates
展開 Abaqus三維晶體塑性Voronoi泰森多邊形晶格建模插件 ￥198
可用于Abaqus晶體塑性有限元、非均質(zhì)晶格、多晶體、三維Voronoi等模型構(gòu)建及研究。
模型說明
插件采用離散(背景網(wǎng)格)Voronoi模型生成，對單元（Element）進行集（Set）劃分，實現(xiàn)二維及三維Voronoi晶格。
插件建立的單元集模型，可方便用戶進行材料及截面的指派，以實現(xiàn)非均質(zhì)材料、材料各向異性、隨機晶體取向等模型。
插件支持包含六面體及四面體在內(nèi)的所有單元類型。
插件可用于二維模型、三維實體模型、三維殼模型等。
注意，插件僅可對已劃分網(wǎng)格的部件使用，并未指定材料屬性、分析步、相互作用、載荷等，此部分內(nèi)容需要用戶根據(jù)模擬內(nèi)容自行設(shè)置。
參數(shù)說明
Model、Part：選擇需要進行晶格劃分的模型及部件，部件需首先進行網(wǎng)格劃分。
Cells num：生成的晶格數(shù)量。對于形體較為復(fù)雜的模型可能會出現(xiàn)空Set，既不包含單元的Set，會導(dǎo)致實際生成的晶格數(shù)量略小于指定數(shù)量，但不會對后續(xù)模擬產(chǎn)生影響。
適用版本
插件可運行在Windows10、11系統(tǒng)上，支持Abaqus2024及以上版本。如需Abaqus2023及以下版本的插件可查看：https://www.yqgqt.org.cn/post/1790098
更新日志
2024/04/10 V3.0
1、適配Python3及Abaqus2024以上版本；
2、優(yōu)化插件界面及提示；
3、優(yōu)化許可認證。
展開 太原理工《JPS》：晶體取向?qū)τ阪V陽極電化學(xué)和放電性能的影響！
然而，晶體取向?qū)︽V陽極材料放電行為的影響尚不清楚
。目前為止，許多研究都聚焦于晶體取向的變化對開路電位下鎂合金電化學(xué)行為的影響。研究結(jié)果表明：非基面取向晶粒由于具有低的結(jié)合能和高的表面能，溶解速度增加。但是，基于開路電位下的腐蝕速率來評估鎂陽極在陽極極化放電時的實時自腐蝕速率是不可取的。此外，鎂陽極在陽極極化過程中晶體取向與實時自腐蝕之間的關(guān)系尚不清楚。因此，我們有必要進行更詳細和系統(tǒng)的工作來澄清這個問題。
為了聚焦晶體取向?qū)τ阪V陽極材料的電化學(xué)和放電行為的影響研究，研究者對微觀組織進行了精心設(shè)計，制備了一種新型擠壓態(tài)Mg-0.5Sn-0.5Zn-0.5Ca (wt. %)合金，保證晶粒尺寸、第二相以及位錯密度相似的前提下，選擇擠壓合金的縱截面(LS)和橫截面(TS)來獲取不同的晶體取向，并研究不同晶體取向?qū)︽V陽極材料的電化學(xué)行為和放電性能的影響。
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硅酸鹽晶體成核—用于模擬結(jié)晶動力學(xué)的隱式玻璃模型
預(yù)測玻璃-陶瓷材料中的晶體成核行為對于構(gòu)造新材料十分重要。由于成核和生長過程十分復(fù)雜，模擬晶體微結(jié)構(gòu)演變，著實是一種挑戰(zhàn)。
來自美國康寧公司、賓州州立大學(xué)和阿貢國家實驗室的跨學(xué)科團隊，發(fā)展了隱式玻璃模型（IGM），其采用廣義Born模型，用連續(xù)介質(zhì)等效地替換了玻璃，使得模擬可以集中于研究原子生長團簇以及可作為異相成核位點的未溶解雜質(zhì)的演變過程。他們將IGM模型應(yīng)用于幾種不同的系統(tǒng)，即二元硅酸鋇、二元硅酸鋰和三元鈉鈣硅酸鹽，并基于已有相圖驗證了他們模擬得到的化合物。此外，他們還預(yù)測了偏硅酸鋰的形核團簇，并用SEM觀察了成核的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)模擬得到的結(jié)構(gòu)與實驗測量結(jié)果相符，從而證明了IGM模型用于晶體形核模擬的有效性。該文近期發(fā)表于npj Computational Materials4:59(2018)。
該文近期發(fā)表于npj Computational Materials 4: 59 (2018)，英文標題與摘要如下，點擊左下角“閱讀原文”可以自由獲取論文PDF。
Implicit glass model for simulation of crystal nucleation for glass-ceramics
Matthew E. McKenzie, Sushmit Goyal, Troy Loeffler, Ling Cai, Indrajit Dutta, David E. Baker & John C.
展開 （交流貼）齒輪動力學(xué)、機械動力學(xué)、行星齒輪動力學(xué)、人字齒行星齒輪動力學(xué)、MATLAB建模、Workbench強度仿真等
本人專攻齒輪動力學(xué)、機械動力學(xué)、行星齒輪動力學(xué)、人字齒行星齒輪動力學(xué)、MATLAB建模、Workbench強度仿真等，歡迎相關(guān)研究方向的人員來交流。
中科院北京納米能源所王中林團隊：超短溝道的壓電電子學(xué)晶體管
【圖文導(dǎo)讀】
圖1基于二維氧化鋅的超薄壓電電子學(xué)晶體管
(a) 具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)的超薄氧化鋅結(jié)構(gòu)示意圖
(b) 超薄氧化鋅的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖
(c) 超薄氧化鋅的壓電效應(yīng)
(d) 基于二維氧化鋅的超薄壓電電子學(xué)晶體管的示意圖
圖2 二維超薄氧化鋅的形貌、電學(xué)特性和壓電特性的表征
(a) 超薄氧化鋅的AFM掃描圖像
(b) HRTEM圖像
(c) 超薄氧化鋅的電學(xué)特性
(d-j) 超薄氧化鋅的壓電特性
圖3 超薄氧化鋅壓電電子學(xué)晶體管的電學(xué)輸運特性
(a) 超薄氧化鋅壓電電子學(xué)晶體管的側(cè)面示意圖
(b) 不同壓強下超薄壓電晶體管中載流子的輸運特性
(c) 壓電電子學(xué)的原理
(d) 超薄氧化鋅壓電電子學(xué)晶體管的電流實時測量
圖4 壓力調(diào)控的OR邏輯電路
(a-d) 單獨施加一個力以及對應(yīng)輸出電流的狀態(tài)
(e-f) 同時施加兩個力以及對應(yīng)輸出電流的狀態(tài)
【小結(jié)】
研究團隊成功制備了超短溝道的氧化鋅壓電電子學(xué)晶體管，首次證實了壓電電子學(xué)效應(yīng)在超短溝道中的有效性，為新型壓電電子學(xué)晶體管的研究提供了思路，拓寬了壓電電子學(xué)的研究領(lǐng)域，同時也開辟了二維非層狀壓電材料的壓電特性的研究。這項研究成果在智能皮膚、人機界面和納米機電系統(tǒng)等領(lǐng)域具有潛在的廣闊應(yīng)用前景。
文獻鏈接：Ultrathin Piezotronic Transistors with 2 nm Channel Lengths (ACS Nano, 2018, DOI: 10.1021/acsnano.8b01957)
展開 中科院納米能源所孫其君課題組：面向智能織物的纖維基摩擦電化學(xué)晶體管
在此基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了基于纖維狀摩擦電化晶體管邏輯反相器，可用于控制LED的開關(guān)狀態(tài)（圖4）。
圖4 基于纖維狀摩擦OECT的邏輯反相器?
基于纖維狀摩擦電化晶體管的自供電電子紡織品，可以直接利用TENG織物的摩擦電勢來調(diào)節(jié)導(dǎo)電聚合物中的摻雜/脫摻雜，首次實現(xiàn)了在電化學(xué)晶體管中實現(xiàn)了機械作用和電化學(xué)反應(yīng)的有效結(jié)合。這對于智能自供電設(shè)備和可穿戴式人機界面領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
論文鏈接：
https://spj.sciencemag.org/journals/research/2021/9840918/
相關(guān)進展
復(fù)旦大學(xué)彭慧勝/孫雪梅團隊：可植入纖維有機電化學(xué)晶體管
高拉伸性纖維素基復(fù)合導(dǎo)電水凝膠應(yīng)用于多項傳感性能及納米摩擦發(fā)電機
中科院納米能源所王中林院士團隊：纖維/織物基壓電和摩擦電納米發(fā)電機應(yīng)用于可穿戴電子和人工智能系統(tǒng)
美國塔夫茨大學(xué)研究人員用亞麻纖維“織成”晶體管
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