滑移激活
關(guān)注創(chuàng)建者：320科技工作室 創(chuàng)建時間：2023-05-03
滑移激活的實例教程
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。并且在復(fù)合工藝下，滑移系相對激活的概率呈現(xiàn)波動狀態(tài)，這與復(fù)雜的變形邊界條件有關(guān)。
(a) 壓縮 (b) 壓縮+剪切
圖5 不同工藝下的相對滑移激活
寫在最后：VPSC適用于各種金屬材料，各種加載方式下的模擬。借助于有限元軟件，VPSC模型可應(yīng)用于更為復(fù)雜的工藝下，并且獲得準(zhǔn)確的宏觀力學(xué)性能及織構(gòu)演化過程。
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展開 如下，采用的是鋯Zr合金作為研究材料，變形工藝為室溫壓縮至應(yīng)變?yōu)?.0，模型采用VPSC8.0進行計算，分別獲得了變形后的極圖、滑移激活以及位錯密度等數(shù)據(jù)?？梢园l(fā)現(xiàn)，原始材料的合金取向趨向于<0001>//Z方向的基面纖維織構(gòu)，當(dāng)材料經(jīng)過室溫大變形后，已經(jīng)不在是典型的織構(gòu)，不過根據(jù)反極圖來看，主要為(10-11)<11-20>織構(gòu)等。
密排六方金屬由于需要孿晶進行協(xié)調(diào)變形，下圖給出了4個滑移/孿生系的激活比例，mode1到mode4分別對應(yīng)Prismatic <a>、Pyramidal <c+a>、Tensile Twin {10-12}和Compressive Twin {11-22}，可以看到，整個變形過程中Prismatic <a>和Pyramidal <c+a>滑移占據(jù)主導(dǎo)地位，不過Prismatic <a>滑移的比例逐漸降低然后緩慢增加，而Tensile Twin {10-12}一開始逐漸增加隨后降低至較小值后趨于不變，整個過程Compressive Twin {11-22}極少被激活。右側(cè)圖片中Twin表示為一次孿晶，Twin2為二次孿晶，可以看到，整個變形過程主要出現(xiàn)一次孿生。
下圖為變形過程中Prismatic <a>和Pyramidal <c+a>滑移產(chǎn)生的位錯密度以及總的位錯密度變化，可以看到Pyramidal <c+a>滑移產(chǎn)生的位錯密度與總的位錯密度基本相當(dāng)，也側(cè)面反應(yīng)出該滑移激活對于整個塑性變形的貢獻極大，此外，在變形初期由于孿生的誘發(fā)，導(dǎo)致初期的位錯密度增殖速率較慢。右側(cè)為變形過程中的Lankford值隨RD到TD之間不同角度的變化，可以看到，在接近RD和TD處的Lankford值均較小，最大值處于25°附近。
展開 文章doi：10.1016/j.ijplas.2019.04.009
推薦理由：作者通過原位拉伸實驗和基于位錯密度的晶體塑性模型研究了圓柱形孔以及不同取向?qū)τ趩尉ф嚮邷睾辖鹱冃涡袨榈挠绊懀髡哐芯拷沂玖丝椎奶砑訒?dǎo)致多軸應(yīng)力狀態(tài)，有利于塑性變形和各向異性塑性，而對于多孔試樣，孔隙之間相互作用會引起某些區(qū)域滑移，從而增強側(cè)孔附近的塑性滑移而抑制中心孔周圍塑性滑移，從而造成孔隙之間的非均勻變形造成裂紋出現(xiàn)。
作者的理論框架：
基于亞彈性的運動學(xué)框架
其中流動模型為經(jīng)典的冪律流動模型
硬化模型基于taylor位錯理論模型
與傳統(tǒng)Km位錯密度不同的是，為了更全面理解位錯產(chǎn)生和湮滅的演化特征，作者使用了Zikry等人提出的位錯模型概念，將總位錯密度進一步細分為固定位錯密度和可移動位錯密度，其演化遵循
其中G_sour表示由于位錯導(dǎo)致的移動位錯密度增加的系數(shù)，g_minter是林位錯相互作用障礙物之間交叉滑移或位錯相互作用而引起移動位錯的捕捉效用系數(shù)，g_immob是與移動位錯密度固定相關(guān)的系數(shù)，g_recov是與固定位錯密度重排列和湮滅相關(guān)的系數(shù)
作者的研究對象是單晶鎳基DD413，使用這種更加復(fù)雜的單晶本構(gòu)模型可以更加準(zhǔn)確的捕捉單晶的變形特征，其材料參數(shù)如下：
滑移帶標(biāo)定的原位實驗和數(shù)值模擬結(jié)果（在原位SEM觀察中，滑移帶的強度用于評估局部變形的程度，在模擬中，累積塑性滑移用于評估塑性變形場）??哦?于評估局部塑性變形場）
孔隙周圍的晶格旋轉(zhuǎn)和滑移系統(tǒng)激活的異質(zhì)性
晶格旋轉(zhuǎn)角度的計算：
作者分析得到的結(jié)論是
孔的加入在單晶樣品中引起多軸應(yīng)力條件，有利于塑性變形并促進孔周圍的各向異性塑性變形。
展開 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、費用及發(fā)票：
1. 教學(xué)費用：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. 發(fā)票信息：出具正式發(fā)票（普票）
七、聯(lián)系信息：
微信：CAE320(昵稱:AAA耗子)
QQ: 2947967437(昵稱:320科技工作室)
展開 模擬結(jié)果如下：
應(yīng)力分布結(jié)果：
晶粒1的剪切滑移：
晶粒2的剪切滑移：
晶粒50的剪切滑移：
單元標(biāo)號5變形結(jié)束后的50個歐拉角分布：
滑移激活的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
滑移激活的最新內(nèi)容
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(gòu)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(jié)構(gòu)可能對吸能行為產(chǎn)生重要影響。
并且在復(fù)合工藝下，滑移系相對激活的概率呈現(xiàn)波動狀態(tài)，這與復(fù)雜的變形邊界條件有關(guān)。
(a) 壓縮 (b) 壓縮+剪切
圖5 不同工藝下的相對滑移激活
寫在最后：VPSC適用于各種金屬材料，各種加載方式下的模擬。借助于有限元軟件，VPSC模型可應(yīng)用于更為復(fù)雜的工藝下，并且獲得準(zhǔn)確的宏觀力學(xué)性能及織構(gòu)演化過程。
文章doi：10.1016/j.actamat.2023.119103
文章通過原位EBSD實驗和晶體塑性有限元方法，研究了晶界遷移對局部變形的微觀影響機制，并進行了定量分析，作者的研究結(jié)果表明，晶界遷移不會改變激活的滑移系統(tǒng)，同時晶界遷移造成的應(yīng)力下降與孔隙閉合造成應(yīng)力下降的機理類似，并探討了GND造成的硬化，晶界遷移與材料拉伸行為的關(guān)聯(lián)機制。
然而，激活滑移系統(tǒng)的演化在中間面比在表面更均勻，因此，中間面的晶格旋轉(zhuǎn)角小于表面上的晶格旋轉(zhuǎn)角。
下圖為變形過程中Prismatic <a>和Pyramidal <c+a>滑移產(chǎn)生的位錯密度以及總的位錯密度變化，可以看到Pyramidal <c+a>滑移產(chǎn)生的位錯密度與總的位錯密度基本相當(dāng)，也側(cè)面反應(yīng)出該滑移激活對于整個塑性變形的貢獻極大，此外，在變形初期由于孿生的誘發(fā)，導(dǎo)致初期的位錯密度增殖速率較慢。
試驗過程中試樣所經(jīng)歷的塑性來自于激活滑移系統(tǒng)的貢獻。臨界分辨剪切應(yīng)力是確定晶體滑移開始的標(biāo)準(zhǔn)，而FCC金屬材料塑性變形主要由位錯滑移貢獻。以位錯為內(nèi)變量的本構(gòu)方程可以對多晶材料的塑性變形做出更加物理的描述和預(yù)測，并與微尺度的實驗進行對比分析。
試驗過程中試樣所經(jīng)歷的塑性來自于激活滑移系統(tǒng)的貢獻。臨界分辨剪切應(yīng)力是確定晶體滑移開始的標(biāo)準(zhǔn)，而FCC金屬材料塑性變形主要由位錯滑移貢獻。以位錯為內(nèi)變量的本構(gòu)方程可以對多晶材料的塑性變形做出更加物理的描述和預(yù)測，并與微尺度的實驗進行對比分析。
為了能夠精確描述孿晶激活演化及其與位錯交互作用對宏觀塑性行為的影響，來自于天津理工大學(xué)的郭祥如和申俊杰兩人基于晶體塑性理論建立描述孿晶形核、增殖和長大的位錯密度基晶體塑性本構(gòu)模型，揭示了不同晶體取向Cu單晶拉伸變形過程中位錯滑移、孿生激活及其交互作用下的宏觀塑性行為演化規(guī)律，進一步分析了Cu多晶拉伸變形過程中晶粒間交互作用對孿生軟化、應(yīng)變硬化等宏觀塑性行為的影響。
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
相反，Gd或Y的加入使織構(gòu)弱化，從而使{10-12}孿晶和基面滑移被廣泛激活。
