取向
關注創建者：電機小朱 創建時間：2021-02-25
取向的視頻教程
基于Huang的晶體塑性有限元程序入門-3-晶體取向的輸入
本節將介紹如何將以歐拉角形式表達的晶體取向轉化為Prof.Huang晶體塑性有限元程序能識別的Miller表達形式。
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5.DAMASK晶體塑性有限元平臺案例實戰教程——單晶取向對相鄰晶粒應力和應變分布的影響
課程目標： 對DAMASK晶體塑性有限元平臺的運行原理有基本了解 熟悉掌握DAMASK的前后處理 熟練掌握DAMASK譜求解器的使用 熟練掌握Paraview的使用 章節目錄： 課程簡介 實戰一：(FCC)2D多晶體鋁合金晶體塑性分析 實戰二：(BCC)雙相合金鋼晶體塑性分析 實戰三：(HCP)多晶體晶體塑性分析——Mg 實戰四：單晶取向對相鄰晶粒應力和應變分布的影響
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基于Abaqus軟件的晶體塑性有限元分析v2.0-(0)-前言介紹
工具繪制取向信息的教學，如何構建具有梯度信息的多晶體以及其他個性化晶粒的教學，如何基于EBSD實驗獲得的晶粒尺寸分布構建晶粒幾何模型，并基于EBSD實驗獲得的晶粒取向信息構建晶粒材料模型的教學，如何修改inp關鍵字文件，宏細觀耦合的基礎理論，如何采用子模型技術以及后處理提取數據的教學等。
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取向的實例教程
案例說明
1，建立柱狀單晶鋁模型（直徑10um，高度25um）如下：
2，賦予單晶鋁對應的的單晶材料材料參數，（本案例主要考慮在立方金屬軋板中常見的典型取向）見下表（研究選取了前七種情況+taylor取向）
典型取向
3，進行網格劃分，采用C3D8R單元，共包含網格為5004個單元,網格模型如下：
4，X0面所有自由度均為0，X1面施加X正方向20%工程應變的拉伸位移邊界條件
5，后處理與結果展示（默認圖片中單晶取向與表順序相同）
不同取向單晶拉伸的應力分布云圖
不同取向單晶的累計塑性應變分布云圖
不同取向單晶拉伸過程中應力應變響應
同取向單晶拉伸過程中取向演化（紅色為初始取向，藍色為變形后的取向）
立方取向單晶織構演化
旋轉立方取向單晶織構演化
銅型取向單晶織構演化
黃銅取向單晶織構演化
戈斯取向單晶織構演化
S取向單晶織構演化
R取向單晶織構演化
Taylor取向單晶織構演化
展開 冷軋取向薄硅鋼帶是將0.30或0.35mm厚的取向硅鋼帶，再經酸洗、冷軋和退火制成。
與冷軋無取向硅鋼相比，取向硅鋼要比無取向硅鋼鐵損低很多，磁性具有強烈的方向性；在易磁化的軋制方向上具有優越的高磁導率與低損耗特性。取向鋼帶在軋制方向的鐵損僅為橫向的1/3，磁導率之比為6：1，其鐵損約為熱軋帶的1/2，磁導率為后者的2.5倍。
3
晶粒的結構不同
取向硅鋼晶粒是有序排列，無取向硅鋼的晶粒是無序排列。無取向硅鋼主要用在電機、壓縮機、大型水輪發電機組等設備的定子和轉子。取向硅鋼一般用在變壓器鐵芯、部分電機。
發電機和變壓器對硅鋼片的要求是一樣的：都是要求鐵損低，磁化特性好，疊片系數高等，但變壓器一般用有取向硅鋼片。發電機用無取向硅鋼片。
展開 3.4 纖維取向排布
為了進一步探究纖維取向度的變化，對纖維懸浮液從漸縮流場流出時纖維在濾網上的取向行為進行仿真模擬。為了模擬實驗中用來鋪層纖維懸浮液的濾網，在仿真模型中漸縮針筒的下方放置一塊沿直線運動的平板，如圖 11 所示。平板的運動速度為實驗中三軸移動平臺中 x 軸的速度，漸縮針嘴距離平板的高度為實驗中針嘴距離濾網的垂直距離。平板沿著 x 軸方向運動時，纖維跟隨流體從針嘴落下，并鋪層在平板上。
從仿真結果可以看出，隨著平板的運動，纖維從漸縮針嘴流出后沿著平板運動的方向均勻排列在平板上，有良好的取向效果。模擬結果表明，柔性纖維在漸縮流場中運動時，在剪切力作用下會發生偏轉，使得纖維在流場中沿著流體流動方向獲得定向排布。當懸浮液流出流場時，纖維會沿著移動方向在平板上完成取向。
4 實驗
4.1 纖維氈取向度的表征
為了驗證仿真模型的合理性，制備了取向碳纖維，參照李森等人[18]關于纖維取向度的計算方法對纖維氈的取向度進行表征。纖維氈中纖維的取向狀態通常使用概率分布函數的矩陣(方向張量)來描述[19]。該張量的分量可用來繪制纖維的取向橢圓，其中橢圓的長軸方向表示纖維整體取向，長軸大小表示纖維整體取向程度。橢圓越狹長表示纖維整體的取向程度越高 [20] ；纖維取向度 (Preferentialalignment degree, PAD)反應了纖維取向的優劣程度，PAD 越小，纖維取向程度越差；反之纖維取向程度越好[21]。
采用濕法取向技術制備短切碳纖維取向氈，并和未取向纖維氈進行對比。其中，未取向纖維氈的制備方法如下：將制備完成的纖維懸浮液傾倒在濾網上，用薄板將纖維液涂抹均勻，抽濾掉其中的分散劑和水分后得到未取向纖維氈。分別剪取制備的未取向纖維氈和取向纖維氈試樣，觀察其取向效果。
展開 塑料分子取向性是受外力的作用，高分子鏈被拉直拉長，同時球晶體也被拉長。分子取向是在外力作用下的一種形變，分子的形變能提高其拉伸強度和沖擊強度。
但在取向垂直方向上其拉伸強度有所下降，沖擊強度也有所降低，所以說分子取向有方向性。塑料加工在高彈態時易控制分子取向性，在粘流態時不可控制分子取向性。
擠出成型是塑料在高彈態下加工，可控制拉伸倍數、牽引力和速度，如塑料絲、膜、管、片和板等制品。
注射成型是塑料在粘流態下加工，分子取向無序，受力的大小不同，凍結速度不一樣，造成制品各處的內應力大小不同，發生變形翹曲。所以注射成型加工不希望有較大的凍結分子取向性。
1. 分子取向性與溫度關系：
注塑成型分子取向是在溫度和壓力作用下的凍結取向。當模具打開時，模具內的型腔壓力全部消失，但制品一般不可能冷卻到常溫，等制品在模外冷卻到常溫這段時間，制品中的分子產生解取向，取向程度就下降。
所以分子取向性與溫度變化有關，當塑料熔體溫度提高，模具溫度升高，制品壁厚增厚，冷卻時間縮短，分子取向性下降，反之增大。在注射成型過程中分子有在等溫下流動取向和非等溫下流動取向。
在等溫下分子流動取向的力和量是一樣的，但在非等溫分子流動取向力和量均不一致，易引起內應力的不一致，造成制品變形等質量問題。
2. 分子取向與壓力速度關系：
塑料分子取向因受力的形式和作用性質不同，可分為剪切應力分子取向，即流動取向和受牽引作用的拉伸取向。流動分子取向有單軸或雙軸取向，并沿著流動方向有序排列。分子取向是與作用力成正比。
注塑成型分子取向性是將熔融塑料在注射壓力的作用下，射入模具型腔，并在注射和保壓壓力的繼續作用下凍結，分子取向性大小與凍結時的壓力成正比。
3.
展開 聚合物在加工過程中，在力的作用下，流動的大分子鏈段一定會取向，取向的性質和程度根據取向條件有很大的區別。按熔體中大分子受力的形式作用的性質可分為剪切應力作用下的“流動取向”和受拉伸作用下的“拉伸取向”。
按取向結構單元的取向方向，可分單軸和雙軸或平面取向。按熔體溫度的穩定性可分等溫和非等溫流動取向。也可分結晶和非結晶取向。
聚合物熔體在模腔中的流動是注塑的主要流動過程，熔體在型腔中取向過程，將直接影響制品的質量。
欲理解注塑制品在型腔中成型的機理需了解無定型聚合物的取向機理。充模時，無定型聚合物熔體是沿型壁流動，熔體流入型腔首先同模壁接觸來不及取向的凍結層外殼。而新料沿著不斷增長地凝固層內壁向前流動。推動波前峰向前移動。
靠近凝固層的分子鏈，一端被固定凝固層上，而另一端被鄰層的分子鏈沿著流動方向而取向。由于靠近凝固層助力最大，速度最?。欢行耐饬鲃又ψ钚。俣茸畲?，這樣在垂直于流動方向上形成速度梯度；凝固層處的速度梯度最大，中心處的速度梯度最小，因此靠近凝固層的熔體流受剪切作用最強，取向程度最大，而在靠近中心層剪切作用最小，取向也最小，形成小取向層區。
展開 
取向的最新內容
在網格畸變前，通過插值算法將織構（取向）、晶粒形狀（變形梯度）等信息轉移到新網格。
這保證了材料“記憶”的連續性。同時論文采用了應力驅動的自協調迭代，并引入了兩級并行計算（MPI + OpenMP），這在 2026 年依然是非常經典的設計。
作者成功捕捉到了 ARB 厚度方向上的織構梯度（中心 S 組分與表面剪切組分）。
但實際金屬材料并不是“均勻黑箱”：晶粒取向、滑移系激活、織構演化都會影響局部塑性變形，尤其在薄壁管壓潰這類大變形、強局部化問題中，微觀結構可能對吸能行為產生重要影響。
于是，晶界不再只是一個統一的強化層，而變成了一個和晶界取向、兩側晶粒取向、入射滑移系、出射滑移系都有關的局部障礙。這個思想非常適合和晶體塑性模型結合，因為晶體塑性本來就是逐滑移系計算的。
在作者的模型中，晶界通透性可以進一步轉化為晶界障礙應力。通透性越高，障礙應力越小；通透性越低，障礙應力越大。
恰恰相反，作者采用了一個相對簡潔的 non-hardening 假設，認為材料宏觀上表現出來的許多“硬化感”，很大程度上其實來自取向變化和孿晶導致的晶格重排，而不只是每個滑移系的阻力不斷增加。這個判斷非常重要，因為它提醒我們：在 HCP 鎂合金里，單純盯著“硬化參數”往往是不夠的，織構和重取向本身就是塑性響應的重要組成部分。
依托作者提供的思路，完成了８００組初始不同取向的初始RVE拉伸摸摸模擬，并使用機器學習方法，完成了織構和應力應變取向的直接關聯，治理需要指出的是作者使用了FCC常見軋制織構分量用于數據訓練，這對一般的隨機織構表現并不理想如下圖所示：
加入大量的隨機取向訓練后，預測效果明顯改善，最終訓練效果如下：
可以看到預測的精度顯著提升，加入隨機織構后，相比于單次ＣＰＦＥＭ模擬整體速度有極大的提升
三、聚合物的高非線性與粘塑性力學特征
與具有明確晶格滑移機制的金屬不同，非晶態與半結晶態聚合物（如PC, ABS, PP）的變形源于高分子鏈段的滑移、解纏結與取向。
插件GUI界面（可輸入基體尺寸，纖維直徑，長度，纖維體積分數，短纖維/連續纖維，設置纖維方向）
一、纖維拓撲形態的定義
為適應不同分析層次的需求，插件將纖維的幾何拓撲與空間取向解耦。通過Fibre Form選項可切換短纖維與連續纖維兩種模式。
馬耳他十字現象16天前
當局部y偏振光的擴展光束通過兩個正交取向的線偏振片時，馬耳他十字也可以形成。圖1顯示了由FRED構建的這樣一個系統，用來模擬正交線偏振片的輻照度。
圖1 馬耳他十字。左邊：系統橫截面。右邊：探測器上的輻照度圖樣。
FRED應用：波片模擬1個月前
取向合適時，波片可以改變光線的一個偏振分量（相對于另一個），從而改變它的偏振態。四分之一波片使線偏振變成圓偏振，反之亦然。半波片使x偏振光變成y偏振光，或者右旋偏振光變成左旋偏振光。
FRED應用：波片模擬1個月前
取向合適時，波片可以改變光線的一個偏振分量（相對于另一個），從而改變它的偏振態。四分之一波片使線偏振變成圓偏振，反之亦然。半波片使x偏振光變成y偏振光，或者右旋偏振光變成左旋偏振光。
從FRED系統的X偏振片示例開始，波片元件添加到了x偏振片后面（圖1）。模擬一個波片有兩種方法。最簡單的方法是指定一個1/2波片涂層到一個表面上。
