織構(gòu)演變
關(guān)注創(chuàng)建者：iCPFEM 創(chuàng)建時間：2022-12-04
織構(gòu)演變的實例教程
圖11 織構(gòu)演變模擬常見的邊界條件
織構(gòu)演變結(jié)果
完成Abaqus構(gòu)建有限元模型所有關(guān)鍵步驟后，輸出inp文件并提交Job，查看織構(gòu)演變結(jié)果如下(由于計算資源的限制，僅計算了simple compression和plane strain compression)：
simple compression
plane strain compression
以多晶體中一號節(jié)點為例，在塑性變形過程中它的織構(gòu)演變如下：
1號節(jié)點織構(gòu)取向演變
參考資料
Polycrystalline Plasticity and the Evolution of Crystallographic Texture in FCC Metals
Texture evolution and mechanical behaviour of irradiated face-centred cubic metals
A User-Material Subroutine Incorporating Single Crystal Plasticity in the ABAQUS Finite Element Program
附件
[取向參數(shù)提取程序、歐拉角計算程序、織構(gòu)程序]
網(wǎng)上參考數(shù)據(jù)測試：
http://muchong.com/bbs/viewthread.php?
展開 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制啟動情況的預(yù)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(tài)表現(xiàn)為隨機織構(gòu)，極密度最大值為1.4。在經(jīng)過25%的拉伸以及壓縮變形后，材料內(nèi)部織構(gòu)發(fā)生明顯變化，表現(xiàn)出織構(gòu)特征。圖3所示為單軸拉伸后的織構(gòu)極圖，圖4所示為單軸壓縮后的織構(gòu)極圖。
圖2 初始隨機織構(gòu)極圖
圖3 單軸拉伸織構(gòu)極圖
圖4 單軸壓縮織構(gòu)極圖
圖5所示為單軸拉伸過程中的應(yīng)力應(yīng)變曲線，圖6所示為單軸壓縮過程中的應(yīng)力應(yīng)變曲線。可以看到，由于HCP金屬鈦合金的各向異性導(dǎo)致兩種變形模式下材料的流動應(yīng)力演變過程以及變形過程中織構(gòu)的演變有很大差異。
圖5 單軸拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線 圖6 單軸壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線
圖7所示為VPSC預(yù)測的單軸拉伸過程中變形機制相對活性?？梢钥闯觯婊频幕钚约眲∠陆抵磷畹忘c并且之后幾乎為零，基面滑移和錐面滑移占據(jù)主導(dǎo)地位，二者的活性隨著變形量的增加持續(xù)上升至最大值，拉伸孿晶和壓縮孿晶的活性呈現(xiàn)先緩慢上升又緩慢下降的變化趨勢。
圖8所示為VPSC預(yù)測的單軸壓縮過程中變形機制相對活性。
展開 ? 基于vpsc7.0的FCC不同工況下織構(gòu)演變模擬
案例實操
1，建立包含1000個晶粒隨機取向的初始晶粒
2，采用Voce硬化模型，獲得材料的拉伸曲線
3，分別采用單向拉伸，壓縮，平面應(yīng)變變形（100%）
4，后處理，織構(gòu)演化
材料的初始織構(gòu)
材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線
拉伸100%后的取向分布
壓縮100%后的取向分布
軋制下壓100%后的取向分布
軋制過程中織構(gòu)分數(shù)的演化
原始文獻：《A multiscale simulation framework of the accumulative roll bonding process accounting for texture evolution》
DOI：10.1016/j.msea.2015.02.005
在金屬材料研究領(lǐng)域，粘塑性自洽模型（Visco-Plastic Self-Consistent, VPSC） 是研究織構(gòu)演變與力學(xué)響應(yīng)的經(jīng)典之作。不同于簡單的 Taylor 模型（假設(shè)所有晶粒應(yīng)變相同）或 Sachs 模型（假設(shè)應(yīng)力相同），VPSC 將每個晶粒視為嵌入在“等效介質(zhì)”中的橢球夾雜。它巧妙地平衡了晶粒間的應(yīng)力與應(yīng)變分配，既考慮了晶粒形貌的影響，也能精確捕捉由于晶體轉(zhuǎn)動引起的織構(gòu)演變。
對于從事鋁合金、鎂合金等具有顯著各向異性材料研究的同學(xué)來說，VPSC是預(yù)測材料在復(fù)雜加工路徑下表現(xiàn)的有力工具。然而，原生的 VPSC 通常是針對均勻變形設(shè)計的，面對實際工程中復(fù)雜的幾何邊界和非均勻變形（如軋制、沖壓），它需要一個更強大的載體。
Abaqus 作為有限元分析（FEA）的標桿，擅長處理復(fù)雜的邊界條件和幾何接觸。將 VPSC 以 VUMAT（用戶材料子程序） 的形式集成進 Abaqus，能實現(xiàn)“1+1 > 2”的效果，例如宏微觀耦合： 每一個有限元積分點都代表一個多晶集合。有限元計算宏觀應(yīng)變，VPSC 在微觀層面計算晶體旋轉(zhuǎn)和硬化，再反饋回宏觀應(yīng)力。非均勻場預(yù)測：你不僅能看到工件的整體變形，還能清晰地觀察到厚度方向、圓周方向上織構(gòu)分布的異質(zhì)性。復(fù)雜工藝仿真： 只有融入有限元，才能真正模擬非對稱軋制等具有復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的工藝。
今天推薦的是Prakash 等人在 Materials Science & Engineering A 上發(fā)表的經(jīng)典論文。
展開 圖9 建立模型后對第一步晶體取向的驗證
圖11 織構(gòu)演變模擬常見的邊界條件
織構(gòu)演變結(jié)果
完成Abaqus構(gòu)建有限元模型所有關(guān)鍵步驟后，輸出inp文件并提交Job，查看織構(gòu)演變結(jié)果如下(由于計算資源的限制，僅計算了simple compression和plane strain compression)：
simple compression
plane strain compression
以多晶體中一號節(jié)點為例，在塑性變形過程中它的織構(gòu)演變如下：
1號節(jié)點織構(gòu)取向演變
參考資料
Polycrystalline Plasticity and the Evolution of Crystallographic Texture in FCC Metals
Texture evolution and mechanical behaviour of irradiated face-centred cubic metals
A User-Material Subroutine Incorporating Single Crystal Plasticity in the ABAQUS Finite Element Program
附件
取向旋轉(zhuǎn)矩陣計算
% 取向旋轉(zhuǎn)矩陣計算，本程序適用于將歐拉角(角度制)轉(zhuǎn)換為取向旋轉(zhuǎn)矩陣(G)
function Rotation = Euler_to_Rotation(Euler_Input)
euler_1 = Euler_Input(1,1)/180*pi;
euler_2 = Euler_Input
展開 
織構(gòu)演變的相關(guān)專題、標簽、搜索
織構(gòu)演變的最新內(nèi)容
它巧妙地平衡了晶粒間的應(yīng)力與應(yīng)變分配，既考慮了晶粒形貌的影響，也能精確捕捉由于晶體轉(zhuǎn)動引起的織構(gòu)演變。
對于從事鋁合金、鎂合金等具有顯著各向異性材料研究的同學(xué)來說，VPSC是預(yù)測材料在復(fù)雜加工路徑下表現(xiàn)的有力工具。然而，原生的 VPSC 通常是針對均勻變形設(shè)計的，面對實際工程中復(fù)雜的幾何邊界和非均勻變形（如軋制、沖壓），它需要一個更強大的載體。
）的演變過程。
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)宏觀與細觀結(jié)合，從而使我們更加深刻地理解材料的變形過程。
圖9 建立模型后對第一步晶體取向的驗證
圖11 織構(gòu)演變模擬常見的邊界條件
織構(gòu)演變結(jié)果
完成Abaqus構(gòu)建有限元模型所有關(guān)鍵步驟后，輸出inp文件并提交Job，查看織構(gòu)演變結(jié)果如下(由于計算資源的限制，僅計算了simple compression和plane strain compression)：
simple compression
矩陣中晶格取向和孿晶區(qū)中晶格取向之間的變換矩陣T可以定義為
數(shù)值案例及實驗對比：
樣品初始取向：
沿著RD方向壓縮實驗結(jié)果：
作者的有限元邊界條件設(shè)置以及模擬結(jié)果
模擬的變形后取向
變形過程中各個系統(tǒng)的相對活躍情況
孿晶演化情況
模擬結(jié)果表明，單軸加載下的織構(gòu)演變、孿晶體積分數(shù)和宏觀性能與加載f方向密切相關(guān)。
圖11 織構(gòu)演變模擬常見的邊界條件
織構(gòu)演變結(jié)果
完成Abaqus構(gòu)建有限元模型所有關(guān)鍵步驟后，輸出inp文件并提交Job，查看織構(gòu)演變結(jié)果如下(由于計算資源的限制，僅計算了simple compression和plane strain compression)：
simple compression
plane strain compression
因此，它預(yù)測了與塑性成形相關(guān)的硬化和織構(gòu)的演變。模擬程序可應(yīng)用于金屬、金屬間化合物和地質(zhì)聚集體的變形。
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。
? 基于vpsc7.0的FCC不同工況下織構(gòu)演變模擬
案例實操
1，建立包含1000個晶粒隨機取向的初始晶粒
2，采用Voce硬化模型，獲得材料的拉伸曲線
3，分別采用單向拉伸，壓縮，平面應(yīng)變變形（100%）
4，后處理，織構(gòu)演化
材料的初始織構(gòu)
材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線
拉伸100%后的取向分布
壓縮100%
本案例采用該代碼，研究FCC，BCC兩種結(jié)構(gòu)在單向拉伸，壓縮，平面應(yīng)變壓縮等75%的變形量下織構(gòu)的演變（需要注意的是，這個代碼的輸出使用的Kocks輸出表示取向，為了使用方便，已經(jīng)在程序中修改bunge標號，可用MTEX直接繪制極圖）
使用包含500個隨機取向的單元預(yù)測取向演化
初始隨機取向
一：FCC織構(gòu)演化
單向壓縮75%的取向分布
單向拉伸75%的取向分布
平面應(yīng)變壓縮
