位錯密度建模
關注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2026-01-04
位錯密度建模的實例教程
位錯密度模型基于Hongtao Ding的論文；
（原因是位錯密度模型提供了位錯之間更合理的相互作用形式）
作者的研究思路
一，通過實驗獲得兩種取向的單晶在不同應變率下的流動應力，并發(fā)現(xiàn)了單晶變形的流動應力與應變率和取向是強相互影響的
二，為了捕捉這種應變率響應，作者在huang經典程序的技術上進行了修改，提出了兩類新的流動和硬化的晶體塑性模型，三類模型分別如下：
類型一：經典單晶唯象本構方程
類型二：應變率修正的單晶唯象本構方程（類似于JC的修改形式，考慮溫度和應變率）
類型三：考慮熱激活和位錯密度的物理本構模型
作者詳細探討了三種模型的差異性和預測能力，并對物理模型的參數(shù)給出了大概的區(qū)間以及參數(shù)的影響，對于使用位錯密度模型提供了很好的范例
三類模型的預測結果如下所示：
模型一的預測結果
模型二的預測結果
模型三的預測結果
作者認為模型三對單晶變形的預測能力最好，因為其捕捉了更多的物理特征。
作者的模型基于huang程序修改。對位錯密度模型感興趣的需要獲取程序的可以私聊我！！！
展開 溫度場通過初始溫度以及塑性產熱計算，同時忽視局部的熱傳導，準靜態(tài)加載速率下的泰勒-昆尼系數(shù)η為0.0，1000 s加載速率下為0.95?1及以上(塑性功轉化為熱的比例)
通過經典的熱激活模型，將溫度效應引入流動方程，并考慮溫度對剛度的退化
位錯密度模型演化遵循經典的KM模型，同時考慮位錯之間的相互作用，即考慮了位錯的產生和湮滅，以及湮滅半徑與溫度的關系。因此有利于由實驗進行對照分析。
損傷基于經典的JC損傷，并等效的對應力進行退化
拉伸模型
網格劃分（每個單元表示一個單獨取向的晶粒，即初始的取向不同）
局部斷裂時溫度場分布（初始293K，假設taylor-Q系數(shù)為0.95）
局部斷裂時局部位錯密度分布（僅考慮統(tǒng)計儲存位錯密度）
局部斷裂時損傷分布
局部斷裂時等效塑性應變分布
局部斷裂時mises等效應力分布
展開 在模擬中，研究了位錯密度(9個數(shù)量級以上)和應變速率(10個數(shù)量級以上)，對銅鋁單晶塑性變形行為的影響。因此，研究者提出了材料強度、位錯密度、應變率和位錯遷移率之間的解析關系，該關系與目前的模擬和已發(fā)表的實驗結果一致。結果表明：隨著位錯密度的增大，材料強度呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢。因此，隨著應變速率的增加，強度呈現(xiàn)出一種應變速率無關的狀態(tài)，隨后是應變速率硬化狀態(tài)。所有的結果都可以用一個單一的尺度函數(shù)表示，該函數(shù)將尺度強度與位錯密度和應變率之間的耦合參數(shù)聯(lián)系了起來。這種耦合參數(shù)也控制了塑性的局部化、位錯流的波動和位錯速度的分布。
圖1 根據當前DDD/MD模擬預測的屈服應力。
圖2 當前DDD模擬預測的應力-應變曲線和平均位錯速度。
圖3 研究者模型，模擬數(shù)據和公布的實驗比較。
圖4 不同初始位錯密度和應變率下的塑性應變輪廓
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圖5 相同初始位錯密度但不同應變率下的位錯構型。更多精彩專業(yè)視頻抖音搜索：材料科學網。
圖6 DDD模擬中位錯速度分布的平方變異系數(shù)。
圖7 DDD模擬中位錯速度的概率分布。
綜上所述，研究者提供了一個在迄今為止前所未有的尺度范圍內，應變率和位錯密度依賴的集體位錯動力學的統(tǒng)一圖像。在相對低應變率或高位錯密度的情況下，大多數(shù)實驗室實驗都是這樣進行的，位錯的集體動力學表現(xiàn)為高度湍流流動過程。一旦足夠高的外加應力使位錯排列失去亞穩(wěn)性，復雜的弛緩過程會導致具有尺度自由位錯速度譜的高度不規(guī)則動力學，并強烈傾向于形成非均勻應變和位錯模式。
展開 abaqus切削仿真VUSDFLD子程序講解（基于位錯密度模型）
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文章題目：《Strain rate effect of high purity aluminum single
crystals: Experiments and simulations》
文章doi：10.1016/j.ijplas.2014.10.002
推薦理由：作者研究了高純鋁不同應變率下單晶塑性變形的取向依賴性，不同應變率下的流動應力情況通過Laue Back-Reflection
溫度場通過初始溫度以及塑性產熱計算，同時忽視局部的熱傳導，準靜態(tài)加載速率下的泰勒-昆尼系數(shù)η為0.0，1000 s加載速率下為0.95?1及以上(塑性功轉化為熱的比例)
通過經典的熱激活模型，將溫度效應引入流動方程，并考慮溫度對剛度的退化
位錯密度模型演化遵循經典的KM模型，同時考慮位錯之間的相互作用，即考慮了位錯的產生和湮滅，以及湮滅半徑與溫度的關系。因此有利于由實驗進行對照分析
abaqus切削仿真VUSDFLD子程序講解（基于位錯密度模型）
位錯密度模型基于Hongtao Ding的論文；
位錯滑移是一種普遍的變形機制，其控制著金屬的強度。 來自德國馬普研究所和四川大學的范海東&四川大學的王清遠等研究者，通過離散位錯動力學和分子動力學模擬，研究了銅鋁單晶強度的應變速率和位錯密度的依賴性。相關論文以題為“Strain rate dependency of dislocation plasticity”發(fā)表在Nature Communications上。更多精彩專業(yè)視頻抖音搜索：材料科學
