粘塑性的案例
粘塑性自洽多晶體塑性模型VPSC（一）
單向拉伸變形100%時的織構
由此可見，對于不同的變形過程，雖然從流動應力結果上看是差不多的，但織構演變過程卻存在著非常大的差異性！除此之外，還可以看出，本文模擬的變形量達到100%，雖然實際過程中不一定會有如此大的變形量，但也足以看出VPSC在模擬大變形中的優越性！
最后，有晶體塑性模擬相關需求，歡迎通過微信公眾號聯系我們.
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粘塑性自洽多晶體塑性模型VPSC（二）
上一期推文中我們使用粘塑性自洽多晶體塑性模型（Visco-plasitic Self Consistant，VPSC）計算了面心立方（face centered cubic，fcc）金屬材料奧氏體鋼的單向拉伸和單向壓縮變形過程，我們看到，盡管這兩種變形模式下材料的流動應力演變過程很相近，但變形過程中織構的演變卻有很大差異。詳見如下鏈接：
http://www.yqgqt.org.cn/content/post/1262333
本文介紹VPSC模擬體心立方（body centered cubic，bcc）金屬材料鐵素體鋼的軋制過程。
材料初始仍設為隨機織構，其(100)、(110)和(111)極圖見圖1。在經過100%的軋制變形后，材料內部織構發生明顯變化，表現出明顯的軋制織構，見圖2。軋制過程中材料的硬化曲線見圖3，材料的初始屈服強度為180MPa，隨著變形量的增加，材料逐漸發生硬化，當應變量達到120%時，材料的強度接近320MPa，強度提高了約140MPa。圖4給出了變形過程中材料的屈服面演化情況，可見隨著變形量的增大，材料的屈服面發生明顯擴張，表現為材料發生明顯的強化。圖5給出了軋制過程中鐵素體鋼內部不同滑移模式的相對開動率情況，可以看出，{123}<111>滑移模式開動率最大，{110}<111>滑移模式開動率次之，{112}<111>滑移模式開動率最小，且隨著變形的增加，{110}<111>滑移模式開動率逐漸增大，而{112}<111>和{123}<111>滑移模式開動率逐漸降低。
圖1. 隨機織構極圖
圖2. 軋制織構極圖
圖3.
展開 粘塑性自洽多晶體塑性模型軟件（VPSC）課程培訓通知
熱忱歡迎貴公司選派研發人員參加320科技工作室舉辦的《粘塑性自洽多晶體塑性模型軟件（VPSC）課程培訓》，此次培訓將特邀具有多年授課經驗的老師主講。
一、培訓時間：
一對一線上培訓, 不受時間限制, 隨時都能參加.
二、培訓方式：
本次培訓以視頻方式授課，工程案例講解，答疑，技術交流，
學員需要自行準備電腦。
三、培訓對象：
從事VPSC相關專業工程技術人員均可報名參加。
四、培訓內容：
軟件程序介紹及使用，材料基本知識介紹，輸入輸出數據處理，使用范例等。具體如下：
1、 vpsc代碼描述
（1） 變形模擬:輸入/輸出選擇
（2） 單位、參考系及轉換
（3） 主程序代碼描述
（4） 輸入文件及代碼描述
（5） 輸出文件描述
2、 材料變形知識基礎
（1） 晶體取向簡介
（2） 歐拉角轉換基礎
（3） 織構形成與分析
（4） Vpsc中的拉、壓及軋制變形
3、 輸出文件處理
（1） 應力-應變文件處理
（2） 極圖生成
（3） 其他相關數據處理
5、 案例：
案例1：FCC軋制變形：
圖1:軋制變形后的FCC金屬極圖
案例2：FCC平面應變壓縮+剪切變形：
圖2: 平面應變壓縮+剪切變形后的FCC金屬極圖
案例3：BCC軋制變形(單滑移系)：
圖3: BCC金屬軋制變形(單滑移系)后的極圖和反極圖
案例4：BCC軋制變形(多滑移系)：
圖4: BCC金屬軋制變形(多滑移系)后的極圖和反極圖
案例5：Bcc材料在扎制變形過程中的織構及滑移系激活
六、費用及發票：
1. 教學費用：聯系客服獲取最新培訓價格.
2. 付款方式：微信，支付寶，對公轉賬等
3.
展開 粘塑性自洽模型(VPSC)在復合工藝中的應用
關鍵詞：晶體塑性 VPSC織構模擬 復合工藝
本期將繼續介紹粘塑性自洽模型(VPSC)在金屬變形過程的應用。VPSC適用于各種金屬材料(如鋁合金、鋼材、鎂合金)，各種加載方式(如單向拉伸、單向壓縮、剪切、平面應變、雙向拉伸等)下的宏觀力學性能和微觀結構演化模擬，也可以針對多相金屬(如雙相鋼等)。在結合有限元軟件后，可擴展VPSC模型的模擬范圍，如扭轉、等通道擠壓及壓剪工藝等。本期將VPSC與宏觀有限元結合，以BCC材料作為研究材料，利用有限元獲取了復合工藝下的邊界條件，分別研究了單向壓縮工藝和復合工藝下的織構演化，對比了不同工藝下產生的織構區別。
圖1為建立的有限元模型及VPSC計算過程，有限元采用abaqus軟件構建，施加以壓縮及復合工藝的邊界條件后進行模擬。
(a) 有限元計算 (b) VPSC計算
圖1 模擬過程
圖2為初始材料的取向，可以看到取向呈現明顯的隨機分布。當在壓縮條件下時，材料中逐漸出現取向聚集，在應變為0.5時出現明顯的<100>//X和<111>//X的絲織構，如圖3所示。在復合工藝下，合金中的織構較為復雜，呈現弱的絲織構和明顯的剪切織構，且隨應變的增加，剪切織構越為顯著，壓縮織構明顯減弱，如圖4所示。
圖1 初始材料的織構
(a) 應變為0.3 (b) 應變為0.5
圖3 壓縮工藝下的織構
(a) 應變為0.3 (b) 應變為0.5
圖4 壓縮+剪切工藝下的織構
從圖5中可以看到，不同工藝下的相對滑移激活完全不同，在單相壓縮工藝下，(101)[1-1-1]處于有利激活位置，而復合工藝下的(101)[11-1]處于最大概率的相對激活位置。
展開 
基于粘塑性自恰模型（VPSC）的鈦合金拉伸壓縮織構演變模擬
作者：辭殤
關鍵詞：VPSC；鈦合金；拉伸壓縮；織構演變
粘塑性自恰（VPSC）模型，區別與宏觀本構模型，VPSC模型不僅能夠模擬變形過程中材料宏觀力學性能的演化過程，還可以同時模擬材料內部由于變形引起的織構演化過程，實現宏觀與細觀結合，從而使我們更加深刻地理解材料的變形過程。
本文使用VPSC計算HCP金屬鈦合金的單軸拉伸和單軸壓縮變形過程，實現鈦合金拉伸壓縮過程中的應力應變、織構演變以及滑移孿晶變形機制啟動情況的預測，VPSC程序模擬過程如圖1所示。
圖1 VPSC程序模擬過程圖
VPSC模擬的材料初始極圖由程序隨機生成，其極圖如圖2，可見初始狀態表現為隨機織構，極密度最大值為1.4。在經過25%的拉伸以及壓縮變形后，材料內部織構發生明顯變化，表現出織構特征。圖3所示為單軸拉伸后的織構極圖，圖4所示為單軸壓縮后的織構極圖。
圖2 初始隨機織構極圖
圖3 單軸拉伸織構極圖
圖4 單軸壓縮織構極圖
圖5所示為單軸拉伸過程中的應力應變曲線，圖6所示為單軸壓縮過程中的應力應變曲線。可以看到，由于HCP金屬鈦合金的各向異性導致兩種變形模式下材料的流動應力演變過程以及變形過程中織構的演變有很大差異。
圖5 單軸拉伸應力應變曲線 圖6 單軸壓縮應力應變曲線
圖7所示為VPSC預測的單軸拉伸過程中變形機制相對活性。可以看出，柱面滑移的活性急劇下降至最低點并且之后幾乎為零，基面滑移和錐面滑移占據主導地位，二者的活性隨著變形量的增加持續上升至最大值，拉伸孿晶和壓縮孿晶的活性呈現先緩慢上升又緩慢下降的變化趨勢。
圖8所示為VPSC預測的單軸壓縮過程中變形機制相對活性。
展開 瀝青路面粘彈性力學分析基礎研究 附粘彈性力學楊挺青下載
2.2 動態模量影響因素研究
瀝青混合料作為典型的粘彈性材料，當受到不同溫度和頻率的影響時，瀝青混合料在會呈現出不同的力學性質。或者呈現彈性性質，或者呈現粘塑性性質，而正常情況下瀝青混合料會同時呈現上述兩種性質即粘彈性性質。而若研究瀝青混合料的粘彈性性質，材料的蠕變和應力松弛現象就需要被我們研究。在保證其它條件不變的情況下，由瀝青混合料的蠕變試驗我們可以發現粘彈性材料的變形會受到時間和應力的影響。當施加的作用力很小時，直至小于彈性極限或屈服極限的時候，一部分變形在應力作用后瞬時產生，并在應力撤除之后瞬時消失，我們稱這種變形為彈性變形，在這一范圍內的應力和應變關系為直線關系。而另一部分變形受應力作用時間的影響，隨著時間的增加緩慢變大，變形在應力撤銷后會隨著時間增加而緩慢消失，我們稱這部分變形稱為粘彈性變形。但是當瀝青混合料受力較大時（高于彈性極限和屈服點），因其有很短的受力作用時間，材料會呈現彈性或者兼有一部分粘彈性的性質。而在很長的時間時，材料的變形除了有瞬時彈性變形和粘彈性變形之外，還會有粘塑性變形。部分變形不會在應力撤除之后恢復，我們稱之為塑性變形。而瀝青混合料應力一應變狀態下的應力松弛特性的了解有助于我們了解瀝青混合料的工作狀況。應力松弛的定義是可變形的物體在恒定應變下條件時，此物體的應力隨時間下降的過程。荷載作用時間與應力松弛時間的比值可以決定瀝青混合料是彈性還是粘塑性，若荷載作用時間遠大于應力松弛時間，混合料表現為粘塑性。若荷載作用時間遠小于應力松弛時間，混合料則表現為彈性。而當荷載作用時間等于應力松弛時間，就會表現為粘彈性。
瀝青混合料呈現出粘彈性的溫度范圍是比較寬泛的。而動態模量與蠕變柔量和松弛模量可以描述混合料粘彈性性質。這些基本參數可以描述多種性質包括：材料的非線性粘彈性質、破壞特性以及材料的線性粘彈性性質。
展開 瀝青路面粘彈性力學分析基礎研究 附粘彈性力學楊挺青下載
2.2 動態模量影響因素研究
瀝青混合料作為典型的粘彈性材料，當受到不同溫度和頻率的影響時，瀝青混合料在會呈現出不同的力學性質。或者呈現彈性性質，或者呈現粘塑性性質，而正常情況下瀝青混合料會同時呈現上述兩種性質即粘彈性性質。而若研究瀝青混合料的粘彈性性質，材料的蠕變和應力松弛現象就需要被我們研究。在保證其它條件不變的情況下，由瀝青混合料的蠕變試驗我們可以發現粘彈性材料的變形會受到時間和應力的影響。當施加的作用力很小時，直至小于彈性極限或屈服極限的時候，一部分變形在應力作用后瞬時產生，并在應力撤除之后瞬時消失，我們稱這種變形為彈性變形，在這一范圍內的應力和應變關系為直線關系。而另一部分變形受應力作用時間的影響，隨著時間的增加緩慢變大，變形在應力撤銷后會隨著時間增加而緩慢消失，我們稱這部分變形稱為粘彈性變形。但是當瀝青混合料受力較大時（高于彈性極限和屈服點），因其有很短的受力作用時間，材料會呈現彈性或者兼有一部分粘彈性的性質。而在很長的時間時，材料的變形除了有瞬時彈性變形和粘彈性變形之外，還會有粘塑性變形。部分變形不會在應力撤除之后恢復，我們稱之為塑性變形。而瀝青混合料應力一應變狀態下的應力松弛特性的了解有助于我們了解瀝青混合料的工作狀況。應力松弛的定義是可變形的物體在恒定應變下條件時，此物體的應力隨時間下降的過程。荷載作用時間與應力松弛時間的比值可以決定瀝青混合料是彈性還是粘塑性，若荷載作用時間遠大于應力松弛時間，混合料表現為粘塑性。若荷載作用時間遠小于應力松弛時間，混合料則表現為彈性。而當荷載作用時間等于應力松弛時間，就會表現為粘彈性。
瀝青混合料呈現出粘彈性的溫度范圍是比較寬泛的。而動態模量與蠕變柔量和松弛模量可以描述混合料粘彈性性質。這些基本參數可以描述多種性質包括：材料的非線性粘彈性質、破壞特性以及材料的線性粘彈性性質。
展開 基于粘塑性自洽模型（VPSC）FCC結構金屬拉伸壓縮過程中織構的演化模擬------案例二十五
VPSC是由加州大學洛斯阿拉莫斯國家實驗室（大學）的董事會與美國能源部聯合開發全稱VISCO-PLASTIC
SELF-CONSISTENT (VPSC)
目前使用的是更新于2012年5月1日的vpsc7d，
VPSC 是用 FORTRAN 77 編寫的計算機代碼，用于模擬多晶聚集體的塑性變形。 VPSC 全稱 Visco Plastic Self Consistent，指的是特定的機械狀態 (VP) 和使用的方法 (SC)。 VPSC 是為應用于低對稱材料（六邊形、三角形、正交、三角形）而開發的，盡管它在立方材料上也表現良好。
VPSC 說明了單晶和聚集體的特性和響應的完全各向異性。它模擬了骨料在外部應變和應力作用下的塑性變形。
VPSC 基于滑移和孿晶的物理剪切機制，并考慮了晶粒相互作用效應。除了提供宏觀應力-應變響應外，它還解釋了單個晶粒的硬化、重新定向和形狀變化。
因此，它預測了與塑性成形相關的硬化和織構的演變。模擬程序可應用于金屬、金屬間化合物和地質聚集體的變形。
編譯 VPSC 時，始終使用雙精度選項
運行分析時輸入包含文件如下
1，vpsc.in（主文件）
2，TENSIN.3（邊界條件）
3，rand1000.tex（初始取向）
4，FCC.sx（單晶屬性）
運行時輸出文件
1，PCYS.OUT（屈服面信息）
2，STR_STR.OUT（應力應變信息）
3, TEX_PHn.OUT（變形結束后取向信息）
官方案例學習
輸入
1，具有
500 個方向的隨機紋理文件（文件 RAND500.TEX）
2，考慮12組滑移系，無硬化的FCC晶體，率相關系數n=20
3，沿著X3方向單向拉伸100%（施加速度梯度分量）
晶粒初始取向分布
拉伸情況取向分布
（affine方法）
（FC方法）
（SEC方法）
展開 vpsc8.0內置繪制極圖和反極圖的軟件POLE8d介紹
在新版的粘塑性自洽晶體塑性模型vpsc8.0中，除了常規的本構模型升級之外，軟件作者同時開源一個用于取向分布繪制的軟件POLE8d，筆者發現使用改軟件繪制的極圖和反極圖與aztex，mtex的常用的極圖繪制軟件相比，其風格更加簡潔，清晰。對于使用粘塑性自洽模型和晶體塑性模型均可以完成對應的極圖和反極圖繪制。其常見的極圖和反極圖風格如下面圖片所示：
因此這里對其使用進行簡單介紹:
該軟件的位置在vpsc8.0壓縮包例子15之下
打開后包含如下文件：
包含說明書和8個使用案例介紹，首先對pole8.for這個主文件進行編譯，編譯可以在Ubuntu里面或者在win里面進行編譯。
編譯完成后生成exe克執行文件
datasx包含了單晶的晶格相關信息，用于讀取和繪制極圖（包含了大部分的金屬晶格）
pole8.IN是主文件，包含tex取向文件和晶格.sx文件的位置說明，保證這三個文件位于同一個工作目錄之下，并循行exe文件。運行結束后生成如下文件：
其中plt文件包含了其他文件。之后使用gnuplot對.DUMMY.plt進行繪圖即可完成極圖和反極圖的繪制，格式為.eps。
以軟件的案例一為例,FCC結構的平面應變壓縮極圖如下：
感興趣的小伙伴可以下載該繪制極圖的軟件進行使用。
展開 Nastran 常用的非線性分析類型簡介
蠕變、粘塑性和粘彈性行為
靜態分析中隨時間變化的材料響應可能涉及蠕變和膨脹(一般發生在相當長的時間段),或屈服應力與速率有關(在相當快速的過程中，例如金屬加工問題中，這一點通常很重要)。屈服應力與速率有關，使用常規的靜力學分析必須引進一個合適的時間尺度才能使SOL 400正確處理粘塑性。利用向后差分算子對塑性應變進行積分，蠕變問題以及粘彈性模型，由蠕變求解程序分析(這是由包含一個非零的時間間隔的NLPARM卡片指定)。非線性蠕變問題通常通過非彈性應變的向前差分積分(“初始應變”法)有效地解決，因為該算子的數值穩定性極限通常足夠大，因而可以在不多的時間增量步中得到求解結果。線性粘彈性模型由一個簡單的、隱式的、無條件穩定的算子積分。在這種情況下，自動時間步長策略是由用戶指定的精度容差參數控制的。它限制了一個增量步中最大非彈性應變率變化量。
4. 非線性瞬態響應分析
MSC Nastran的SOL 129和SOL 400可用于非線性瞬態響應分析，需要設ANALYSIS=NLTRAN分析。非線性瞬態響應問題分為幾何非線性、材料非線性和接觸問題三大類。主要求解操作是載荷和時間步、帶有可接受平衡誤差的收斂測試的迭代和剛度矩陣更新。迭代過程基于牛頓-拉弗森法。切線矩陣更新自動執行以提高計算效率，也可以由用戶指定參數。自適應方法是以兩點遞推(或一步)公式為基礎實現的。
展開 《應力波基礎》王禮立著
為適合初學者，本書由淺入深地論述了五方面內容:首先從桿中一維應力彈性波、塑性波、沖擊波、卸載波等，逐步討論到線性粘彈性波、非線性粘彈性波和彈粘塑性波，其中，尤其以塑性加載波與彈性卸載波的相互作用，即加載—卸載邊界的傳播進行全面而深入的分析為特色；然后討論三維應力作用下的一維應變平面波、球面波和柱面波，其中包含彈性波、塑性波、固體在高壓下的激波（高壓下流體動力學分）和粘塑性波等內容；第三部分討論了橫向沖擊載荷作用下柔性弦中彈塑性波和梁中彈塑性波的傳播理論，先后涉及弦中互相耦合的縱波與橫波的傳播和梁中互相搞合的彎矩擾動與切力擾動的傳播；接著介紹了一般的彈性波理論；最后為適應當前計算機數值模擬的迅速發展和廣泛應用，概括地介紹了應力波的數值方法，包括特征線法、有限差分法和有限元法。全書以固體中的非線性波傳播為重點。
應力波基礎_王禮立.part4.rar
應力波基礎_王禮立.part1.rar
應力波基礎_王禮立.part2.rar
應力波基礎_王禮立.part3.rar
展開 
基于粘塑性自洽模型（VPSC）HCP(AZ31B)結構金屬拉伸壓縮過程中織構的演化與應力應變響應模擬
運行分析時輸入包含文件如下
1，vpsc.in（主文件）
2，TENSIN.3（邊界條件）
3，rand1000.tex（初始取向）
4，AZ31b.sx（單晶屬性）
運行時輸出文件
1，PCYS.OUT（屈服面信息）
2，STR_STR.OUT（應力應變信息）
3, TEX_PHn.OUT（變形結束后取向信息）
輸入
1，具有
1944 個方向的基底織構特征取向文件（文件 RAND1944.TEX）
2，考慮IJP文章選擇合理的材料參數，本案例共有3組滑移系（分別是Prismatic，Basal，Pyramidal 〈c + a〉，）+一個拉伸孿晶系統（拉伸孿晶系統）
材料參數如圖所示：
一，拉伸變形模擬（50%Z方向拉伸）（affine方法）
晶粒初始取向分布
變形結束后晶體取向分布
拉伸過程中滑移系開動情況
二，壓縮變形模擬（50%Z方向壓縮）
晶粒初始取向分布
變形結束后晶體取向分布
壓縮過程中滑移系開動情況
三，平面應變壓縮模擬（50%Z方向軋制）
晶粒初始取向分布
變形結束后晶體取向分布
平面應變壓縮過程中滑移系開動情況
變形過程中的等效應力應變響應
展開 非線性的定義
2 蠕變準則
ü 如果結果表現出蠕變行為，可以指定蠕變準則用于自動時間步長調整；此時必須打開自動時間步長；
ü 蠕變：在恒定載荷作用下，不可恢復的應變隨時間的變化持續增加的行為稱為蠕變；蠕變與粘塑性有點相似，不同的是，蠕變一般以小時為測量單位，而粘塑性以秒，分為測量單位；
2 后處理
ü 對于非線性分析，通常應當在一個精確的對應于子步的TIME處進行后處理，否則，ANSYS程序將通過線性內插來計算出沒有結果值存在的time值處的“結果值”，從而產生精度損失.
基于VPSC模擬FCC金屬等通道轉角擠壓(ECAE)工藝
在之前的推文中我們使用粘塑性自洽多晶體塑性模型（Visco-plasitic Self Consistant，VPSC）計算了面心立方（fcc）、體心立方（bcc）金屬材料變形過程，實現了織構演變的模擬，應力預測等。本文將介紹VPSC模擬FCC金屬等通道轉角擠壓(ECAE)工藝。等通道轉角擠壓是將多晶試樣壓入一個特別設計的模具中以實現大變形量的剪切變形工藝，主要通過變形過程中的近乎純剪切作用,使材料的晶粒得到細化, 從而材料的機械和物理性能得到顯著改善。等通道轉角擠壓是一種有效的制備超細晶材料的方法。
本處粘塑性自洽多晶體塑性模擬的材料初始取向由程序隨機生成，其(100)、(110)和(111)極圖見圖1，可見初始狀態表現為隨機取向，極密度最大值為1.5。變形過程強加100%的剪切應變，步長為0.2，共50步，用4個過程來描述整個等通道轉角擠壓的變形工藝流程，如圖2，在VPSC模擬中，擠出、擠入、模具的流動軸分別為設置為軸1、2、3。
圖1. 初始隨機織構極圖
ECAE通過90o模反復擠壓樣品,在每道工序中，大約100%的剪切應變被施加，其優點是試樣的截面保持不變，這一過程旨在大幅度減小晶粒尺寸，在保證塑性同時提高屈服應力，模擬結果如下：
(a) ECAE1
(b) 90°CW
(c) 90°CW
(d) ECAE2
圖2 等通道轉角擠壓過程織構模擬結果
從模擬結果可以看到，經過等通道轉角擠壓后的FCC金屬產生了明顯的擇優取向-變形織構，其最大強度為5.5。
最后,有VPSC培訓等相關需求歡迎聯系我們.
VPSC培訓
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展開 基于VPSC 8.0的密排六方金屬Zr的塑性變形過程模擬
寫在最后：VPSC8在VPSC7的基礎上改進了許多模型及語法，對多晶體的塑性變形過程模擬更為精確，應用更為廣泛，并且其收斂性更強，更有利于大尺寸材料的塑性變形模擬。
相關培訓:
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