相場(chǎng)方法
關(guān)注創(chuàng)建者：云揚(yáng) 創(chuàng)建時(shí)間：2021-02-26
相場(chǎng)方法的視頻教程
基于ABAQUS用戶子程序UEL實(shí)現(xiàn)相場(chǎng)方法模擬速率與狀態(tài)定律斷層破裂模擬
本系列視頻介紹Abaqus用戶子程序UEL的一個(gè)開發(fā)案例，在其中實(shí)現(xiàn)了相場(chǎng)方法模擬服從速率與狀態(tài)定律中aging law的斷層破裂模擬，適用于abaqus用戶子程序UEL，地震破裂模擬、斷裂相場(chǎng)模擬等方面的快速入門。
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ABAQUS子程序VUEL開發(fā)案例：復(fù)合材料斷裂的相場(chǎng)模擬方法
視頻介紹了如何使用ABAQUS子程序VUEL實(shí)現(xiàn)纖維復(fù)合材料斷裂模擬的相場(chǎng)模型，其中控制方程的位移場(chǎng)和損傷場(chǎng)部分分別采用向前差分方法和中心差分方法求解，2維情況下單元類型包含三角形單元和四邊形單元，3維情況下單元類型包含四面體單元和六面體單元（完全積分或縮減積分），雙層VUEL單元分別用于基質(zhì)相場(chǎng)和纖維相場(chǎng)模擬，VUMAT單元用于結(jié)果的后處理。
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相場(chǎng)方法的實(shí)例教程
提供基于comsol中相場(chǎng)方法模擬多孔介質(zhì)兩相驅(qū)替（水氣、油水等等）的算例（也可以定做水平集驅(qū)替的算例），可在此基礎(chǔ)上學(xué)會(huì)利用comsol軟件進(jìn)行兩相流驅(qū)替的模擬，拓展研究，具體參考算例附后。
附贈(zèng)基于相場(chǎng)方法模擬驅(qū)替時(shí)的毛管數(shù)計(jì)算方法和飽和度計(jì)算方法
提供COMSOL中基于相場(chǎng)方法模擬裂縫多孔介質(zhì)中的滲吸算例，可用于學(xué)習(xí)簡(jiǎn)單幾何模型和復(fù)雜幾何模型中的兩相流動(dòng)模擬，比較采用相場(chǎng)方法守恒和不守恒條件下計(jì)算結(jié)果的差異，對(duì)比水平集方法和相場(chǎng)方法，具體案例在帖子后面。
提供comsol中相場(chǎng)方法模擬毛細(xì)管中驅(qū)替的案例，可以掌握如何采用相場(chǎng)方法模擬驅(qū)替，具體案例附后。
提供采用相場(chǎng)方法模擬多孔介質(zhì)中驅(qū)替的算例，可在此基礎(chǔ)上學(xué)會(huì)多孔介質(zhì)中的驅(qū)替模擬，得到水驅(qū)油（或其他兩相）后多孔介質(zhì)中的殘余油分布，計(jì)算采出程度隨時(shí)間的變化關(guān)系。附圖中分別給出了多孔介質(zhì)為水濕和油濕條件下，多孔介質(zhì)中的殘余油分布，案例鏈接附后。
<p>本案例基于任意拉格朗日-歐拉 (ALE) 技術(shù)和相場(chǎng)方法模擬容器內(nèi)流體在自重作用下的流動(dòng)，且與不同高度阻擋壁的流-固耦合作用過程。該模型可以擴(kuò)展應(yīng)用于其它涉及兩相流固耦合的實(shí)際工程項(xiàng)目中。模擬結(jié)果如圖所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202212/896e2842077f418eb6c69dde2ac4bb99.gif" alt="Untitled11.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>阻擋壁高度較小時(shí)，水流淹沒流過阻擋壁，阻擋壁發(fā)生變形位移</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202212/f5993448058c451ea59f8b40f80bcc46.gif" alt="Untitled12.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>阻擋壁高度較大時(shí)，水流被阻擋在阻擋壁一側(cè)，阻擋壁發(fā)生變形位移</strong></p><p>感興趣的朋友可下載模型源文件，歡迎交流合作</p><p><br></p>
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相場(chǎng)方法的最新內(nèi)容
結(jié)合電子背散射衍射（EBSD）實(shí)驗(yàn)與耦合熱–力的多晶相場(chǎng)模擬，揭示電鍍 TXV-Cu 在退火過程中的晶粒演化行為及其對(duì)可靠性的影響;基于相場(chǎng)方法的退火晶粒演化模型，將溫度依賴的界面遷移率、界面能及熱膨脹效應(yīng)納入描述框架，從而在數(shù)值模擬中再現(xiàn) TXV-Cu 的微觀組織演變過程。
本文提出了一種基于相場(chǎng)模型的方法，利用連續(xù)損傷變量模擬導(dǎo)電通道的形成與演化，避免了復(fù)雜的微觀細(xì)節(jié)處理。通過引入Griffith能量準(zhǔn)則，模型能夠有效評(píng)估復(fù)合材料的抗擊穿性能。研究探索了不同填料類型（如高介電常數(shù)填料、橢圓形或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)填料）對(duì)抗擊穿能力的影響，發(fā)現(xiàn)這些填料能顯著提高材料的抗擊穿效果。本研究為復(fù)合材料的設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供了新的思路。
相場(chǎng)方法的核心思想是利用彌散的相邊界描述實(shí)際上較為尖銳的邊界，通過引入序參量，便可用連續(xù)函數(shù)描述斷裂模型，并通過相場(chǎng)控制方程控制序參量的演化，使得在模擬時(shí)不用顯式地追蹤裂紋面，而是通過序參量的自動(dòng)演化獲取裂紋路徑及位置。
基于相場(chǎng)的方法需要圍繞相邊界表面建立密集網(wǎng)格，來解析該表面的等值面。由于很難定義一個(gè)精確貼合等值面的自適應(yīng)網(wǎng)格，因此通常必須在等值面周圍建立大量密集網(wǎng)格。在相同精度的情況下，這樣做會(huì)使基于相場(chǎng)的方法的求解效率低于動(dòng)網(wǎng)格方法。那么，我們應(yīng)該什么時(shí)候使用不同的方法呢？
已經(jīng)開發(fā)出一種基于相場(chǎng)方法的新公式。與以前的 Kill-element 方法相比，它具有很多優(yōu)勢(shì)。沒有更多的元素被刪除，它們被切割和分裂，真正的裂縫是通過切割元素插入的。使用這種技術(shù)，可以比以前的模型更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)復(fù)雜的裂紋擴(kuò)展路徑（見圖 3）。
圖 3. 延性損傷新模型
使用新的物理平均場(chǎng)模型預(yù)測(cè)微觀結(jié)構(gòu)演變
微觀結(jié)構(gòu)分析是理解冶金現(xiàn)象的基礎(chǔ)。
已經(jīng)開發(fā)出一種基于相場(chǎng)方法的新公式。與以前的 Kill-element 方法相比，它具有很多優(yōu)勢(shì)。沒有更多的元素被刪除，它們被切割和分裂，真正的裂縫是通過切割元素插入的。使用這種技術(shù)，可以比以前的模型更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)復(fù)雜的裂紋擴(kuò)展路徑（見圖 3）。
圖 3. 延性損傷新模型
使用新的物理平均場(chǎng)模型預(yù)測(cè)微觀結(jié)構(gòu)演變
微觀結(jié)構(gòu)分析是理解冶金現(xiàn)象的基礎(chǔ)。
這里通過耦合常用的晶體塑性模型（黃-umat（修改取向到狀態(tài)變量））和斷裂相場(chǎng)方法，剛度和應(yīng)力退化使用二次退化函數(shù)形式。
<p>本案例基于任意拉格朗日-歐拉 (ALE) 技術(shù)和相場(chǎng)方法模擬容器內(nèi)流體在自重作用下的流動(dòng)，且與不同高度阻擋壁的流-固耦合作用過程。該模型可以擴(kuò)展應(yīng)用于其它涉及兩相流固耦合的實(shí)際工程項(xiàng)目中。
<p>本案例以 Zr-Nb 二元合金為研究對(duì)象利用相場(chǎng)方法對(duì)簡(jiǎn)單調(diào)幅分解 (由于該部分沒有考慮彈性能的作用我們稱之為簡(jiǎn)單調(diào)幅分解與下章中的調(diào)幅分解相區(qū)分) 過程進(jìn)行模擬。
采用相場(chǎng)模擬方法預(yù)測(cè)晶界附近的缺陷梯度，并確定其是否能解釋微觀結(jié)構(gòu)觀察結(jié)果。相關(guān)論文以題為“Electric field-induced grain boundary degradation mechanism in yttria stabilized zirconia”發(fā)表在Scripta Materialia。
