多晶體塑性的案例
粘塑性自洽多晶體塑性模型VPSC（一）
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粘塑性自洽多晶體塑性模型VPSC（二）
應力應變曲線
圖4 變形過程中材料的屈服面演化過程
圖5 軋制變形過程中各滑移系相對開動率演化情況
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粘塑性自洽多晶體塑性模型軟件（VPSC）課程培訓通知
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》，此次培訓將特邀具有多年授課經(jīng)驗的老師主講。
一、培訓時間：
一對一線上培訓, 不受時間限制, 隨時都能參加.
二、培訓方式：
本次培訓以視頻方式授課，工程案例講解，答疑，技術(shù)交流，
學員需要自行準備電腦。
三、培訓對象：
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） 應力-應變文件處理
（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平面應變壓縮+剪切變形：
圖2: 平面應變壓縮+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. 教學費用：聯(lián)系客服獲取最新培訓價格.
2. 付款方式：微信，支付寶，對公轉(zhuǎn)賬等
3.
展開 基于VPSC 8.0的密排六方金屬Zr的塑性變形過程模擬
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，也側(cè)面反應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。
寫在最后：VPSC8在VPSC7的基礎(chǔ)上改進了許多模型及語法，對多晶體的塑性變形過程模擬更為精確，應用更為廣泛，并且其收斂性更強，更有利于大尺寸材料的塑性變形模擬。
相關(guān)培訓:
粘塑性自洽多晶體塑性模型軟件（VPSC）課程培訓通知
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展開 
基于VPSC模擬FCC金屬等通道轉(zhuǎn)角擠壓(ECAE)工藝
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，應力預測等。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化, 從而材料的機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)為隨機取向，極密度最大值為1.5。變形過程強加100%的剪切應變，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. 初始隨機織構(gòu)極圖
ECAE通過90o模反復擠壓樣品,在每道工序中，大約100%的剪切應變被施加，其優(yōu)點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)，其最大強度為5.5。
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VPSC培訓
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展開 晶體塑性有限元仿真入門(2)--BCC、FCC、HCP晶格材料以及多相材料的有限元模擬
圖7.2 多相材料的材料模型
所有模塊的設(shè)置與第2節(jié)"FCC晶格材料的變形模擬-多晶體"的創(chuàng)建過程類似，構(gòu)建好的inp文件見附件，下面看看模型的變形結(jié)果。
后處理界面
應力應變分布：
圖7.3 后處理應力應變分布
圖7.4 后處理一些SDV結(jié)果的分布
本文不涉及材料參數(shù)應如何獲得，材料參數(shù)是參考了一些論文的數(shù)據(jù)還有自己的理解進行的設(shè)置，旨在構(gòu)建一個能順利模擬的模型。下面給出所有參考文獻和在附件給出所有源文件，歡迎交流指正。
8. 參考資料
Ti3Al單晶和雙相片層TiAl合金塑性行為的CPFEM模擬
Ti-6Al-4V合金納米壓痕變形與高周疲勞行為CPFEM研究
On Predicting the Channel Die Compression Behavior of HCP Magnesium AM30
兩相鈦合金拉伸力學行為的研究
密排六方金屬鎂的晶體塑性力學性能研究
HCP多晶體塑性的數(shù)值模擬
TA15鈦合金高溫變形多晶體塑性有限元模擬
γ-TiAl多晶體壓縮變形機制的晶體塑性有限元研究
純鈦單道次ECAP變形織構(gòu)演化的細觀有限元模擬
純鈦晶體塑性力學性能研究
純鈦塑性變形行為的晶體塑性有限元模擬
純鈦壓縮變形下的晶體塑性有限元分析
考慮滑移與孿晶的鎂塑性本構(gòu)研究
鈦合金雙態(tài)組織高溫拉伸行為的晶體塑性有限元研究
展開 PNAS：借助機器學習進行晶界處原子動力學測定
【小結(jié)】
本工作將機器學習方法用于分析多晶體晶界處的原子結(jié)構(gòu)重排。該方法直接將原子結(jié)構(gòu)劃分為罕見重排區(qū)和經(jīng)常重排區(qū)。熱漲落下原子重排的可能性與自由體積、勢能有關(guān)聯(lián)，但并不是可以完全歸因于這些物理量。機器學習所得的量可以預測特定原子重排所需的能量勢壘。晶界中發(fā)生重排的原子多數(shù)有著可能性更多的重排軌跡，而非像塊狀非晶體那樣大幅降低能壘。該工作表明多晶體塑性可以通過局域原子結(jié)構(gòu)環(huán)境來研究，而不需要傳統(tǒng)的顯微結(jié)構(gòu)分類。
文獻鏈接：Machine learning determination of atomic dynamics at grain boundaries（PNAS，2018，DOI：10.1073/pnas.1807176115）
來源：材料人
展開 VPSC 8.0 新版本使用介紹
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是一種基于晶體塑性學理論的數(shù)值模擬工具，主要用于預測和模擬多晶金屬材料在復雜應變條件下的宏觀塑性變形行為和微觀結(jié)構(gòu)演化過程。VPSC主要應用在以下幾個方面：
材料設(shè)計和優(yōu)化：VPSC可以通過模擬和預測材料的力學性能和微觀結(jié)構(gòu)，為材料設(shè)計和優(yōu)化提供有力的支持和指導。
材料加工和制備：VPSC可以通過模擬和預測材料的變形行為和微觀結(jié)構(gòu)演化過程，為材料加工和制備提供有力的工具和支持。
材料損傷和失效：VPSC可以通過模擬和預測材料的塑性變形行為和微觀結(jié)構(gòu)演化過程，為材料損傷和失效機理的研究提供有力的工具和支持。
材料表征和測試：VPSC可以通過模擬和預測材料的力學性能和微觀結(jié)構(gòu)，為材料表征和測試提供有力的參考和驗證。
總的來說，VPSC在材料科學和工程領(lǐng)域的應用非常廣泛，為理解和掌握材料的力學性能和微觀結(jié)構(gòu)演化機制提供了重要的工具和支持。
VPSC 8作為VPSC的最新版本，于2020年發(fā)布。VPSC 8相比于7d版本具有以下特點：
計算速度：VPSC 8相比VPSC 7d在計算速度上有了很大的提升，可以大幅縮短計算時間。
計算能力：VPSC 8引入了一些新的本構(gòu)模型和可視化工具，擴展了VPSC軟件的應用范圍和計算能力。
可擴展性：VPSC 8具有更好的可擴展性，可以在多核處理器和GPU上進行并行計算，提高計算效率。
界面和文檔：VPSC 8提供了更為友好的界面和詳細的文檔，方便用戶學習和使用。
展開 金屬學報：孿生誘發(fā)軟化與強化效應的Cu晶體塑性行為模擬
眾所周知，位錯滑移和孿生是主導多晶體材料塑性行為的主要變形機制。一方面，在孿生主導塑性條件下，孿晶激活演化過程中應力-應變曲線存在明顯的應力突降現(xiàn)象，即孿生軟化效應；另一方面，孿晶阻礙位錯運動使得晶體材料在塑性變形過程中表現(xiàn)出強化現(xiàn)象。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、應變硬化等宏觀塑性行為的影響。
為了應用該模型準確模擬材料的宏觀力學響應，必須確定該模型相關(guān)材料參數(shù)。作者結(jié)合fcc晶體材料滑移系和孿生系的晶體學特征，根據(jù)前人對Cu的研究結(jié)果，最終得出晶體塑性模型Cu單晶材料參數(shù)。建立如圖1所示的Cu單晶CPFE模型。
圖1 Cu單晶拉伸過程的晶體塑性有限元模型示意圖
為了驗證上述CPFE模型的可靠性，圖2給出了Cu單晶沿不同取向拉伸過程的力學響應模擬及實驗結(jié)果的對比情況。可以看出，模擬結(jié)果與實驗結(jié)果吻合良好。在Cu單晶沿[541]取向加載條件下，其應力-應變曲線分成明顯的3個階段，即滑移階段A、孿生階段B及位錯與孿晶交互作用階段C。為了深入揭示Cu單晶塑性變形過程中各滑移系和孿生系激活演化行為及孿晶對位錯滑移的影響，圖3給出了[541]取向下Cu單晶拉伸變形過程中各滑移系和孿生系激活演化結(jié)果。
展開 ABAQUS多晶體材料斷裂模型
多晶體材料的斷裂研究有助于深入了解材料在微觀尺度下的力學行為，包括裂紋如何形成、擴展以及停止，這對于發(fā)展和完善固體力學和斷裂力學理論至關(guān)重要。本案例介紹在ABAQUS內(nèi)基于Voronoi建立多晶體材料晶粒及晶界模型，并進行多晶材料的斷裂模擬。
多晶材料晶粒及晶界模型采用CAD Voronoi V3 多圖層版生成，插件可將不同組分的晶粒在CAD內(nèi)進行分圖層繪制，可控制晶粒占比參數(shù)，以精確建立多晶體模型。
在AutoCAD內(nèi)將不同成分的晶粒分別另存為dxf格式文件，并導入到ABAQUS建立草圖，利用草圖建立多組晶粒及晶界部件，本案例中，共建立了五種不同的晶粒。
新建荷載施加裝置，并與多晶體模型裝配為整體，同時對不同組分的晶粒及晶界設(shè)置材料。由于本案例研究多組分晶粒模型的斷裂情況，因此不同組分的晶粒設(shè)置了不同的損傷破壞材料參數(shù)。
設(shè)置加載塊及支座與試件間的接觸。
編輯
跳轉(zhuǎn)
將下部支座固定，上部施加豎向位移，完成載荷的設(shè)置。
進行網(wǎng)格劃分。
建立作業(yè)提交計算并查看多晶模型的開裂結(jié)果。
展開 voronoi多晶體有限元模型的建立 ￥22
上述所建立的模型十分形象而又直觀地揭示了金屬材料內(nèi)部晶粒大小、形狀、空間位置分布特點，較為真實地反映了金屬材料的微觀組織形態(tài)，接下來只需將材料參數(shù)、取向、加載方式和約束條件等信息添加到上述所建立的多晶體有限元模型INP文件里，最終便得到可以用于有限元模擬分析的三維Voronoi多晶體有限元模型。
MATLAB中生成的voronoi多晶體模型
ABAQUS中生成的voronoi多晶體有限元模型（含加載和約束）
如有需要10個晶粒的voronoi多晶體有限元模型（inp模型文件）及相應的UMAT子程序可以購買，更多關(guān)于如何在ABAQUS中生成圖示所示10個晶粒的voronoi多晶體有限元模型可以私信。如需要在MATLAB中如何生成voronoi多晶體模型的程序價格另外商議。本收費內(nèi)容只包含10個晶粒的voronoi多晶體模型inp文件、相應的UMAT子程序。購買本模型文件的朋友如有需要，請私信我，可免費贈送在MATLAB中生成voronoi多晶體的Multi-Parametric Toolbox(MPT)工具箱。
展開 
voronoi多晶體有限元模型的建立及應用 ￥25
上述所建立的模型十分形象而又直觀地揭示了金屬材料內(nèi)部晶粒大小、形狀、空間位置分布特點，較為真實地反映了金屬材料的微觀組織形態(tài)，接下來只需將材料參數(shù)、取向、加載方式和約束條件等信息添加到上述所建立的多晶體有限元模型INP文件里，最終便得到可以用于有限元模擬分析的三維Voronoi多晶體有限元模型。
MATLAB中生成的voronoi多晶體模型
ABAQUS中生成的voronoi多晶體有限元模型（含加載和約束）
如有需要10個晶粒的voronoi多晶體有限元模型（inp模型文件）及相應的UMAT子程序可以購買，更多關(guān)于如何在ABAQUS中生成圖示所示10個晶粒的voronoi多晶體有限元模型可以私信。如需要在MATLAB中如何生成voronoi多晶體模型的程序價格另外商議。本收費內(nèi)容只包含10個晶粒的voronoi多晶體模型inp文件、相應的UMAT子程序。購買本模型文件的朋友如有需要，請私信我，可免費贈送在MATLAB中生成voronoi多晶體的Multi-Parametric Toolbox(MPT)工具箱。
有限元分析結(jié)果
展開 IJP：非均相多晶體中尺寸相關(guān)的微孔生長
另一方面，不同的SG塑性理論相繼被發(fā)展出來(研究微米/亞微米尺度的一些力學問題)，這些理論有效地結(jié)合了統(tǒng)計存儲位錯(SSDs)和幾何必需位錯(GNDs)。
大多數(shù)關(guān)于尺寸依賴微孔生長的研究都是在單晶或均勻基體進行的，然而，大多數(shù)韌性金屬材料呈現(xiàn)非均相多晶微結(jié)構(gòu)，它們的晶粒通常表現(xiàn)出不規(guī)則的形狀和隨機的晶體方向。微孔生長具有較強的尺寸效應，即越小的微孔生長速率越低。韌性金屬材料的斷裂通常受微孔洞的形核、生長和最終聚結(jié)所控制，由于孔洞生長階段通常在韌性斷裂過程中起著至關(guān)重要的作用，系統(tǒng)研究韌性金屬材料內(nèi)部孔洞生長機制對理解韌性金屬材料的損傷演化具有重要意義。非均相多晶體中微孔生長的尺寸依賴問題，除了微孔尺寸外，晶粒尺寸和微孔與晶粒的尺寸比是另外兩個重要的特征長度。前者可導致材料強度的晶粒尺寸效應，即著名的Hall- Petch關(guān)系，后者可誘導微孔洞周圍的晶粒尺度不均一變形效應。
華中科技大學的Jianqiu Liu等人采用經(jīng)典的局部和非局部應變梯度晶體塑性有限元模擬方法研究了非均質(zhì)多晶中尺寸相關(guān)的微孔生長, 采用局部CP理論和非局部CP理論描述了典型面心立方(FCC)多晶銅的應力應變響應。結(jié)果表明，孔隙-晶粒尺寸比和絕對微孔尺寸對微孔生長均有顯著影響，分別為第一類(由晶粒尺度非均質(zhì)變形引起)和第二類(由塑性應變梯度引起)尺寸效應。此外，宏觀應力三軸度T對微孔生長的尺寸效應有顯著影響，而Lode參數(shù)L的影響可以忽略不計。由于晶粒取向分布和晶粒幾何特征的隨機性，在多晶環(huán)境中，小微孔生長的速度甚至可能比大微孔生長的速度快，這意味著在多晶環(huán)境中，微孔生長的尺寸效應應該從統(tǒng)計學的角度來理解。
展開 COMSOL多晶體Voronoi泰森多邊形晶體取向力學分析
將構(gòu)建好的Voronoi多晶體幾何模型文件導入到COMSOL內(nèi)，構(gòu)建好晶體結(jié)構(gòu)模型后，進行材料賦值操作，這里采用了三種不同的晶格材料＋一種晶格邊界。
這四種材料楊氏模量E的關(guān)系為：晶格邊界<<藍色<<黃色<灰色，其中藍色材料的楊氏模量比黃色小一個數(shù)量級，黃色比灰色小一倍，由此來區(qū)分不同晶格取向上的力學性能的差異。
對Voronoi晶體模型進行網(wǎng)格劃分后，進行簡單的單軸壓縮模擬，并生成應力分布圖。
通過應力圖可以看出，應力大的位置主要出現(xiàn)在楊氏模量更大的灰色晶格上，這與一般的力學常識相一致。同時可發(fā)現(xiàn)較大的晶格邊界應力，這將導致晶格間的劈裂。
同時進行同取向晶體單一材料模擬對比分析，應力圖如下：
同材料Voronoi晶體的軸壓試驗中，不同晶格之間的應力無明顯差異性，無晶格取向的晶體力學性能更趨向于各項同性材料，因此多晶結(jié)構(gòu)的差異主要在于晶體取向的不同。
展開 COMSOL三維泰森多邊形3D多晶體Voronoi軸心受壓模擬
多晶體模型采用三維Voronoi算法生成，試件尺寸為150×150×300mm棱柱模型，對晶格指定五種不同材料，實現(xiàn)晶格間的差異性。
對試件進行力學模擬，下側(cè)為固定邊界，限制z方向的位移，上表面通過給定位移的方式實現(xiàn)軸壓模擬。
不同晶格的楊氏模量如下圖所示。
計算所得的應力及位移云圖。
COMSOL晶體建模可采用CAD Voronoi 3D插件進行，插件下載鏈接：
https://www.yqgqt.org.cn/post/1915603
