粘塑性自洽多晶體塑性模型
關(guān)注創(chuàng)建者：320科技工作室 創(chuàng)建時間：2022-05-25
粘塑性自洽多晶體塑性模型的實例教程
粘塑性自洽多晶體塑性模型（Visco-plasitic Self Consistant，VPSC）是由美國Los Alamos國家實驗室的C.N. TOME 教授和R.A. Lebensohn教授聯(lián)合開發(fā)的，最早開發(fā)于20世紀(jì)90年代初期，后來經(jīng)過多個版本的升級，現(xiàn)在已經(jīng)很完善。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(yīng)變、雙向拉伸等）下的宏觀力學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu)演化模擬，也可以針對多相金屬（如雙相鋼等）。
與宏觀本構(gòu)模型不同，VPSC不僅能夠模擬變形過程中材料宏觀力學(xué)性能的演化過程，還可以同時模擬材料內(nèi)部由于變形引起的織構(gòu)演化過程，實現(xiàn)宏觀與微觀結(jié)合，從而使我們更加深刻地理解材料的變形過程。例如對于初始隨機(jī)織構(gòu)的奧氏體鋼，想知道其在單向拉伸和單向壓縮加載條件下，其宏觀流動應(yīng)力和微觀織構(gòu)演化過程，就可以通過設(shè)置合適的參數(shù)用VPSC實現(xiàn)，結(jié)果如下：
圖1. 隨機(jī)織構(gòu)極圖
圖2. 單向壓縮過程等效應(yīng)力-等效塑性應(yīng)變曲線
圖3. 單向壓縮100%時的織構(gòu)
圖4. 單向拉伸過程等效應(yīng)力-等效塑性應(yīng)變曲線
圖5.
展開 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(yīng)力演變過程很相近，但變形過程中織構(gòu)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(shè)為隨機(jī)織構(gòu)，其(100)、(110)和(111)極圖見圖1。在經(jīng)過100%的軋制變形后，材料內(nèi)部織構(gòu)發(fā)生明顯變化，表現(xiàn)出明顯的軋制織構(gòu)，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(qiáng)度為180MPa，隨著變形量的增加，材料逐漸發(fā)生硬化，當(dāng)應(yīng)變量達(dá)到120%時，材料的強(qiáng)度接近320MPa，強(qiáng)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(fā)生明顯擴(kuò)張，表現(xiàn)為材料發(fā)生明顯的強(qiáng)化。圖5給出了軋制過程中鐵素體鋼內(nèi)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(jī)織構(gòu)極圖
圖2. 軋制織構(gòu)極圖
圖3.
展開 熱忱歡迎貴公司選派研發(fā)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(xùn)》，此次培訓(xùn)將特邀具有多年授課經(jīng)驗的老師主講。
一、培訓(xùn)時間：
一對一線上培訓(xùn), 不受時間限制, 隨時都能參加.
二、培訓(xùn)方式：
本次培訓(xùn)以視頻方式授課，工程案例講解，答疑，技術(shù)交流，
學(xué)員需要自行準(zhǔn)備電腦。
三、培訓(xùn)對象：
從事VPSC相關(guān)專業(yè)工程技術(shù)人員均可報名參加。
四、培訓(xùn)內(nèi)容：
軟件程序介紹及使用，材料基本知識介紹，輸入輸出數(shù)據(jù)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(zhuǎn)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(chǔ)
（1） 晶體取向簡介
（2） 歐拉角轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)
（3） 織構(gòu)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(yīng)力-應(yīng)變文件處理
（2） 極圖生成
（3） 其他相關(guān)數(shù)據(jù)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(yīng)變壓縮+剪切變形：
圖2: 平面應(yīng)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(gòu)及滑移系激活
六、費(fèi)用及發(fā)票：
1. 教學(xué)費(fèi)用：聯(lián)系客服獲取最新培訓(xùn)價格.
2. 付款方式：微信，支付寶，對公轉(zhuǎn)賬等
3.
展開 關(guān)鍵詞：晶體塑性 VPSC織構(gòu)模擬 復(fù)合工藝
本期將繼續(xù)介紹粘塑性自洽模型(VPSC)在金屬變形過程的應(yīng)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(yīng)變、雙向拉伸等)下的宏觀力學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu)演化模擬，也可以針對多相金屬(如雙相鋼等)。在結(jié)合有限元軟件后，可擴(kuò)展VPSC模型的模擬范圍，如扭轉(zhuǎn)、等通道擠壓及壓剪工藝等。本期將VPSC與宏觀有限元結(jié)合，以BCC材料作為研究材料，利用有限元獲取了復(fù)合工藝下的邊界條件，分別研究了單向壓縮工藝和復(fù)合工藝下的織構(gòu)演化，對比了不同工藝下產(chǎn)生的織構(gòu)區(qū)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(gòu)建，施加以壓縮及復(fù)合工藝的邊界條件后進(jìn)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(xiàn)明顯的隨機(jī)分布。當(dāng)在壓縮條件下時，材料中逐漸出現(xiàn)取向聚集，在應(yīng)變?yōu)?.5時出現(xiàn)明顯的<100>//X和<111>//X的絲織構(gòu)，如圖3所示。在復(fù)合工藝下，合金中的織構(gòu)較為復(fù)雜，呈現(xiàn)弱的絲織構(gòu)和明顯的剪切織構(gòu)，且隨應(yīng)變的增加，剪切織構(gòu)越為顯著，壓縮織構(gòu)明顯減弱，如圖4所示。
圖1 初始材料的織構(gòu)
(a) 應(yīng)變?yōu)?.3 (b) 應(yīng)變?yōu)?.5
圖3 壓縮工藝下的織構(gòu)
(a) 應(yīng)變?yōu)?.3 (b) 應(yīng)變?yōu)?.5
圖4 壓縮+剪切工藝下的織構(gòu)
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(fù)合工藝下的(101)[11-1]處于最大概率的相對激活位置。
展開 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(xiàn)了織構(gòu)演變的模擬，應(yīng)力預(yù)測等。本文將介紹VPSC模擬FCC金屬等通道轉(zhuǎn)角擠壓(ECAE)工藝。等通道轉(zhuǎn)角擠壓是將多晶試樣壓入一個特別設(shè)計的模具中以實現(xiàn)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(xì)化, 從而材料的機(jī)械和物理性能得到顯著改善。等通道轉(zhuǎn)角擠壓是一種有效的制備超細(xì)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(jī)生成，其(100)、(110)和(111)極圖見圖1，可見初始狀態(tài)表現(xiàn)為隨機(jī)取向，極密度最大值為1.5。變形過程強(qiáng)加100%的剪切應(yīng)變，步長為0.2，共50步，用4個過程來描述整個等通道轉(zhuǎn)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(shè)置為軸1、2、3。
圖1. 初始隨機(jī)織構(gòu)極圖
ECAE通過90o模反復(fù)擠壓樣品,在每道工序中，大約100%的剪切應(yīng)變被施加，其優(yōu)點(diǎn)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(yīng)力，模擬結(jié)果如下：
(a) ECAE1
(b) 90°CW
(c) 90°CW
(d) ECAE2
圖2 等通道轉(zhuǎn)角擠壓過程織構(gòu)模擬結(jié)果
從模擬結(jié)果可以看到，經(jīng)過等通道轉(zhuǎn)角擠壓后的FCC金屬產(chǎn)生了明顯的擇優(yōu)取向-變形織構(gòu)，其最大強(qiáng)度為5.5。
最后,有VPSC培訓(xùn)等相關(guān)需求歡迎聯(lián)系我們.
VPSC培訓(xùn)
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粘塑性自洽多晶體塑性模型的最新內(nèi)容
作者：辭殤
關(guān)鍵詞：VPSC；鈦合金；拉伸壓縮；織構(gòu)演變
粘塑性自?。╒PSC）模型，區(qū)別與宏觀本構(gòu)模型，VPSC模型不僅能夠模擬變形過程中材料宏觀力學(xué)性能的演化過程，還可以同時模擬材料內(nèi)部由于變形引起的織構(gòu)演化過程，實現(xiàn)宏觀與細(xì)觀結(jié)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(xiàn)鈦合金拉伸壓縮過程中的應(yīng)力應(yīng)變、織構(gòu)演變以及滑移孿晶變形機(jī)制啟動情況的預(yù)測
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粘塑性自洽多晶體塑性模型（Visco-plasitic Self Consistant，VPSC）是由美國Los Alamos國家實驗室的C.N. TOME 教授和R.A. Lebensohn教授聯(lián)合開發(fā)的，最早開發(fā)于20世紀(jì)90年代初期，后來經(jīng)過多個版本的升級，現(xiàn)在已經(jīng)很完善。
運(yùn)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(yùn)行時輸出文件
1，PCYS.OUT（屈服面信息）
2，STR_STR.OUT（應(yīng)力應(yīng)變信息）
3, TEX_PHn.OUT（變形結(jié)束后取向信息）
輸入
1，具有
1944 個方向的基底織構(gòu)特征取向文件（文件
VPSC是由加州大學(xué)洛斯阿拉莫斯國家實驗室（大學(xué)）的董事會與美國能源部聯(lián)合開發(fā)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(jī)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(jī)械狀態(tài)
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(xiàn)了織構(gòu)演變的模擬，應(yīng)力預(yù)測等。本文將介紹VPSC模擬FCC金屬等通道轉(zhuǎn)角擠壓(ECAE)工藝。
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