黃永剛
關注創建者：篤行之君 創建時間：2020-05-12
黃永剛的視頻教程
黃永剛程序使用入門，從前處理材料參數到后處理極圖繪制講解
主要講解整個黃程序的基本使用方法，各個部分函數的意義，材料參數含義，材料參數的批量賦值，后處理取向極圖繪制，購買后可以提供對應的程序指導，其中后處理腳本參考lingzhi講解老師的內容。可以購買lingzhi老師的課程進行理解。
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晶體塑性有限元建模工具neper系列課程第二講(附腳本)
本課程應第一講中大家提到的晶粒取向和材料參數進行說明，提供了自己寫的python腳本供大家使用，可實現對neper導出的幾何體進行材料參數以及晶體取向進行賦予(以黃永剛umat為例)。因本人研究方向變更這里只能給大家提供到這里了。后面如果需要進行極圖分析的可參考使用開源工具包mtex，可以自行了解一下。
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黃永剛的實例教程
黃永剛院士編寫的單晶晶體塑性UMAT，主要用于在Abaqus有限元軟件中進行單晶及多晶晶體塑性變形的計算。許多科研人員通過改寫其晶體塑性UMATs，建立自己的本構子程序并發表論文。利用該本構子程序進行材料模擬的研究方向很廣泛，包括但不限于修改材料滑移、孿晶系，修改硬化方程，加入損傷，將隱式分析的UMATs修改為顯式分析的VUMATs等，理解其基本理論并將公式與代碼對應是改寫的關鍵。
晶體塑性的理論和UMAT自學難度較高，對于初學者自己讀懂代碼基本需要半年以上的時間，本課程旨在講解黃永剛晶體塑性UMAT的理論、公式及代碼，有助于初學者在兩周之內熟悉和掌握晶體塑性的基本理論和子程序，加快代碼改寫進度。
本課程課件PPT長達90頁+，課程形式為一對一線上講解，時長約為3-4小時。主要面向高校研究生，需要具備張量分析的基本知識。可以根據學生的基礎適當增加UMAT和VUMAT編程的講解，Fortran基本語法等，亦可根據需求針對性的分析UMATs修改方法。課程的內容主要包括如下方面：
本構模型推導
主要包含了應變分解、本構方程、硬化方程、本構時間積分方法及雅克比矩陣等推導。
雅克比矩陣推導過程
本構子程序逐行解讀
主要包括了UMATs基本功能、UMATs結構、函數解讀、主程序逐行解讀等；
主程序代碼逐行展開解讀
3.UMATs改寫VUMATs方法
UMAT主要應用于隱式分析，而對于大變形接觸問題，隱式分析往往計算效率較低。對于接觸、碰撞、沖擊等問題采用VUMAT往往具有更高的計算效率和收斂速度。該部分主要對UMATs和VUMATs的區別進行講解，介紹UMATs改寫VUMATs的要點。
展開 擴展黃永剛原始晶體塑性程序加入AF背應力模擬金屬疲勞問題
參考文獻：《Low-cycle fatigue life prediction of a polycrystalline nickel-base superalloy using crystal plasticity modelling approach》
在原始程序中修改流動方程，加入背應力項，引入運動硬化項，從而可以描述多晶金屬循環加載中的包辛格效應
背應力的演化遵循AF模型
并使用原始的PAN模型描述滑移系統的硬化行為
為了表征多晶的疲勞壽命，引入兩類疲勞指示因子分別為
一：累計塑性滑移
二：累計能量耗散
基于黃永剛umat的FCC多晶在簡單剪切變形下的有限元分析
1，使用neper軟件生成包含500個晶粒的幾何模型
2，賦予相應的材料參數（基于腳本完成材料的批量賦值）
3，施加相應的邊界條件（X0方向完全固定，X1方向施加Z1方向0.15mm的位移）
4，結果與后處理
5，模型文件見附錄
6，提供材料屬性賦予腳本
適用于新手入門介紹
材料參數：
狀態變量：
相關文檔：
（1）A user-material subroutine incorporating single crystal plasticity in the ABAQUS finite element program, Mech Report 178
講解子程序和各個子函數作用以及整體的程序框架并包含原始的1991年代碼和inp文件（pdf版本）
（2）Addendum to 'A user-material subroutine incorporating single crystal plasticity in the ABAQUS finite element program, Mech Report 178
1997年針對原始的程序中存在的個別問題進行了修改，修改后的文件以CFIXA開頭，主要是修改了硬化相關的部分
（3）umat_documentation 翻譯
主要對第一個pdf內容進行了翻譯
（4）黃永剛程序迭代部分解釋
該pdf文檔主要對umat子程序NR迭代部分進行解釋
（5）晶體塑性硬化公式
該pdf主要介紹常見的幾類唯象的硬化模型
相關程序：
（1）原始程序可參考文檔一
（2）huang_umat_97對應于97版本修改后的子程序
（3）考慮孿晶效應的本構模型參考HCP材料多晶滑移系統與Miller指數 (qq.com)，晶體塑性每日文章推薦（六） (qq.com)
（4）位錯密度模型參考晶體塑性每日文章推薦（三） (qq.com)
（5）疲勞模型參考晶體塑性每日文章推薦（五） (qq.com)，闞前華老師的《非線性
本構關系在ABAQUS中的實現》
（6）顯式模型參考晶體塑性每日文章推薦
展開 通過和黃永剛晶體塑性模型進行耦合可以實現介觀尺度下，多晶材料的完整彈-塑-損傷力學行為分析，并且相比與其他損傷模型耦合方式而言，耦合相場法物理含義更加清晰，數值實現格式簡介，處理雅可比矩陣方便且易于收斂。因此逐漸受到介觀尺度分析材料損傷分析學者的青睞。
這里通過耦合常用的晶體塑性模型（黃-umat（修改取向到狀態變量））和斷裂相場方法，剛度和應力退化使用二次退化函數形式。模擬包含200個晶粒的多晶模型，使用平面應變簡化，拉伸變形30%，模擬拉伸過程中裂紋的產生和發展，其中斷裂總能量包含彈性變形能和塑性耗散功兩部分，模擬結果如下
初始多晶模型：
網格劃分（CPE4網格）：
相場分布（0：材料完好，1：材料完全失效）：
退化程度分布：
歐拉角（phi）分布：
可以看到耦合相場的晶體塑性模型具有潛在的預測裂紋萌生和發展的能力，其準確程度取決于斷裂能參數的選擇，與更精細的實驗對比，如原位的ebsd拉伸將成為良好的校核手段。這可能成為介觀尺度下斷裂力學的應用提供良好的參考
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subroutine vumat(nblock, ndir, nshr, nstatev, nfieldv, nprops,
* lanneal, steptime, totaltime, dt, cmname, coordmp, charlength,
* props, density, straininc, relspininc, tempold, stretchold
，將遺傳算法得到的不同參數值對應的力-位移曲線和原始黃永剛參數的力-位移曲線的標準差作為目標函數對參數進行優化。
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</figure>
</figure><p> 這里對模型施加了一個拉伸荷載，采用黃永剛老師的晶體塑性子程序
后續計劃上傳黃永剛程序的一般使用案例。
晶體塑性的理論和UMAT自學難度較高，對于初學者自己讀懂代碼基本需要半年以上的時間，本課程旨在講解黃永剛晶體塑性UMAT的理論、公式及代碼，有助于初學者在兩周之內熟悉和掌握晶體塑性的基本理論和子程序，加快代碼改寫進度。
本課程課件PPT長達90頁+，課程形式為一對一線上講解，時長約為3-4小時。主要面向高校研究生，需要具備張量分析的基本知識。
由于網上更新取向的通常只是公式的簡單介紹，這里嘗試結合lingzhi的鎂合金更新取向的方案對黃永剛的原始程序進行修改，并以狀態變量的形式保存。將三個歐拉角分別存儲為SDV123，SDV124，SDV125。
模擬FCC沿著ND方向壓縮50%之后的取向分布，并與之前介紹的基于matlab腳本生成歐拉角的方法對比。
其中文獻作者的幾何模型和材料參數如下
依據該模型，作者模擬得到單調拉伸以及循環加載下材料的宏觀應力應變響應為
微觀響應結果為
基于兩類疲勞指示因子，作者通過線性外推得到了基于模擬的壽命預測結果:
基于作者提供的思路和參數，對黃永剛原始程序進行修改
擴展黃永剛原始晶體塑性程序加入AF背應力模擬金屬疲勞問題
參考文獻：《Low-cycle fatigue life prediction of a polycrystalline nickel-base superalloy using crystal plasticity modelling approach》
在原始程序中修改流動方程，加入背應力項，引入運動硬化項，從而可以描述多晶金屬循環加載中的包辛格效應
只考慮一組的FCC單晶滑移系統序號，法線方向和滑移方向分別為：
（一）(111) [110] 滑移系統：
1 ( 1 1 1 ) [ 0 -1 1 ]
2 ( 1 1 1 ) [ 1 0 -1 ]
3 ( 1 1 1 ) [ -1 1
incorporating single crystal plasticity in the ABAQUS finite element program, Mech Report 178
1997年針對原始的程序中存在的個別問題進行了修改，修改后的文件以CFIXA開頭，主要是修改了硬化相關的部分
（3）umat_documentation 翻譯
主要對第一個pdf內容進行了翻譯
（4）黃永剛程序迭代部分解釋
