晶體塑性管有限元的案例
晶體塑性有限元仿真入門(5)—?dú)W拉角與晶體取向
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晶體塑性有限元仿真入門(5)—?dú)W拉角與晶體取向
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晶體取向是材料學(xué)科中的重要分支，當(dāng)晶粒發(fā)生擇優(yōu)取向時(shí)，則導(dǎo)致材料性能（力學(xué)，物理和化學(xué)性能）的各向異性。各向異性會(huì)造成材料實(shí)際應(yīng)用中的各種問(wèn)題，如鋁合金典型的制耳現(xiàn)象，再如取向硅鋼中存在Goss織構(gòu)時(shí)，有利于其磁學(xué)性能。在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，織構(gòu)的形成與演變是基本的科學(xué)問(wèn)題。在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，通過(guò)織構(gòu)的設(shè)計(jì)和控制可以提高材料的性能。隨著近年來(lái)EBSD和XRD等表征技術(shù)的發(fā)展，各種SCI期刊的發(fā)文都已離不開(kāi)對(duì)材料晶體學(xué)取向的分析。這篇文章介紹晶體塑性有限元仿真過(guò)程中的歐拉角與晶體取向。
圖1 塑性變形過(guò)程導(dǎo)致的材料各向異性
全文包括以下幾個(gè)部分：
1) 材料晶體結(jié)構(gòu)
2) EBSD工作原理
3) 晶體取向分析
4) 晶體塑性材料模型
5) 織構(gòu)演變結(jié)果
6) 參考資料
7) 附錄
材料晶體結(jié)構(gòu)
在晶體學(xué)中，晶體結(jié)構(gòu)是對(duì)晶體材料中原子、離子或分子有序排列的描述。有序結(jié)構(gòu)由組成粒子的內(nèi)在性質(zhì)產(chǎn)生，形成沿物質(zhì)三維空間的主要方向重復(fù)的對(duì)稱模式，如圖2所示。
圖2 高分辨率透射電子顯微鏡圖片的鐵晶體，完美單晶的二維示意圖
構(gòu)成這種重復(fù)圖案的材料中最小的一組粒子是結(jié)構(gòu)的晶胞。晶胞完全反映了整個(gè)晶體的對(duì)稱性和結(jié)構(gòu)，這是通過(guò)晶胞沿其主軸重復(fù)平移而建立的。平移向量定義布拉維點(diǎn)陣的節(jié)點(diǎn)，不同的晶體內(nèi)部原子排列稱為具有不同的晶格結(jié)構(gòu)。各種晶格結(jié)構(gòu)可以歸納為七大晶系，各種晶系分別與十四種空間格（稱為Bravais晶格）相對(duì)應(yīng)，如圖3所示。
展開(kāi) 塑性工程學(xué)報(bào)：Custom450鋼拉伸的晶體塑性有限元分析
圖9單軸拉伸應(yīng)力分布
圖10單軸拉伸應(yīng)變分布
相關(guān)研究成果以“Custom450鋼拉伸的晶體塑性有限元分析”為題發(fā)表在塑性工程學(xué)報(bào)上（2022年9月第29卷第9期），論文的第一作者是艾鑫，通訊作者是朱明亮。
論文鏈接：
DOI: 10.3969/j.issn.1007-2012.2022.09.023
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
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(xué)行為的研究
密排六方金屬鎂的晶體塑性力學(xué)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(jī)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(xì)觀有限元模擬
純鈦晶體塑性力學(xué)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(kāi) 晶體塑性有限元
晶體塑性有限元有做疲勞壽命預(yù)測(cè)的嗎？
晶體塑性有限元分析
有沒(méi)有關(guān)于研究晶體塑性分析的
基于Ubuntu18.04虛擬機(jī)的晶體塑性有限元------案例一 ￥188
本人在虛擬機(jī)上安裝了Ubuntu系統(tǒng)，然后在該系統(tǒng)下安裝了DAMASK等系列軟件，虛擬機(jī)提供了一個(gè)很方便的共享的方法，以及簡(jiǎn)單的使用示例，有興趣的同學(xué)也可以去購(gòu)買課程進(jìn)行學(xué)習(xí)，深入研究還是很困難的，需要有一定的編程和linux基礎(chǔ)。而我可以將我的虛擬機(jī)進(jìn)行分享，省去了中間安裝可能會(huì)遇到的各種問(wèn)題，安裝的虛擬機(jī)信息如下：本人可以演示一些基本的例子，也可以一起學(xué)習(xí)和交流
vmware軟件：vmware workstations 15.5 Pro
Linux系統(tǒng)：Ubuntu18.04
DAMASK：v2.0.3
ABAQUS：2018
Intel Fortran：parallel_studio_xe_2016_update1
Neper：3.2
有需要的同學(xué)，可以直接下載解壓，打開(kāi)就能直接進(jìn)行使用，方便快捷
展開(kāi) 晶體塑性有限元中的晶界/相界標(biāo)定 ￥500
umat與uexternal之間的變量調(diào)用（用于晶體塑性有限元中的析出物定義或再結(jié)晶）
晶體塑性有限元建模工具neper的一些資料整合 ￥30
還有如果有同學(xué)需要damask和neper、ABAQUS等，請(qǐng)參考我的另一篇帖子——基于linux虛擬機(jī)的晶體塑性有限元計(jì)算平臺(tái)（已安裝damask和neper等）》
http://www.yqgqt.org.cn/content/post/1287159
【VMware】如何打開(kāi)已有虛擬機(jī)：https://jingyan.baidu.com/article/6181c3e0c44ebd152ef15332.html
最后附上測(cè)試視頻：
neper測(cè)試.mp4
晶體塑性有限元仿真入門(3)--開(kāi)源代碼平臺(tái)EVOCD
晶體塑性有限元仿真入門(3)--開(kāi)源代碼平臺(tái)EVOCD
晶體塑性有限元初學(xué)者較為熟知的兩個(gè)工具Huang's UMAT以及DAMASK平臺(tái)，這篇文章介紹另外一個(gè)晶體塑性有限元方法(CPFEM)的開(kāi)源代碼平臺(tái)EVOCD，講解如何使用這些開(kāi)源代碼進(jìn)行材料的塑性變形模擬以及模擬變形過(guò)程中晶體取向的變化(織構(gòu))。
圖1 EVOCD的CPFEM流程圖
(E.B. Marin, Center for Advanced Vehicular Systems, Mississippi State University)
我們?cè)诰W(wǎng)上搜索晶體塑性的關(guān)鍵字''CPFEM''時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)搜索引擎的網(wǎng)頁(yè)排名第一是馬普所(MPI, 大名鼎鼎的DAMASK就是他們團(tuán)隊(duì)的成果)的研究成果，其次是密西西比州立大學(xué)先進(jìn)車輛系統(tǒng)中心(Center for Advanced Vehicular Systems, Mississippi State University)的開(kāi)源代碼平臺(tái)EVOCD，第三是基于Huang的晶體塑性有限元方法，由此可見(jiàn)EVOCD在晶體塑性有限元方法中的重要性。
圖2 CPFEM搜索結(jié)果
(從上到下分別是馬普所 (dierk-raabe.com) 、密西西比州立大學(xué) (msstate.edu) 、哈佛大學(xué) (columbia.edu) 的相關(guān)研究成果)
國(guó)內(nèi)的晶體塑性有限元初學(xué)者，最主要的還是使用Huang's UMAT以及DAMASK平臺(tái)，而對(duì)密西西比州立大學(xué)的開(kāi)源代碼平臺(tái)EVOCD不太常用。這篇文章將講解該平臺(tái)的使用方法以及如何使用該平臺(tái)進(jìn)行晶體塑性有限元變形模擬。
展開(kāi) 基于晶體塑性有限元（CPFEM）的鈦合金圓棒拉伸過(guò)程模擬
作者：辭殤
關(guān)鍵詞：CPFEM；鈦合金；單軸拉伸；織構(gòu)極圖；孿晶
晶體塑性有限元是一種結(jié)合了晶體塑性理論和有限元方法的數(shù)值模擬技術(shù)?。這種方法考慮了晶體材料的各向異性、滑移系統(tǒng)的開(kāi)動(dòng)和相互作用、以及變形過(guò)程中的硬化效應(yīng)。它主要用于分析和預(yù)測(cè)晶體材料的塑性變形行為，特別是在微觀尺度上的變形機(jī)制。
晶體塑性有限元在材料科學(xué)和工程領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，特別是在金屬加工、航空航天、汽車制造和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。通過(guò)這種技術(shù)，研究人員和工程師可以更好地理解材料的力學(xué)行為，從而開(kāi)發(fā)出更輕、更強(qiáng)、更耐用的材料和產(chǎn)品。此外，晶體塑性有限元仿真還能夠考慮材料的微觀結(jié)構(gòu)特征，如晶粒取向、晶界、相分布以及滑移系統(tǒng)的活動(dòng)，從而能夠預(yù)測(cè)材料在細(xì)觀尺度上的織構(gòu)演化。
利用CPFEM方法對(duì)鈦合金圓棒拉伸過(guò)程進(jìn)行模擬，使用UMAT子程序以及Abaqus有限元軟件作為晶體塑性有限元分析的實(shí)現(xiàn)方式。并且，在一些復(fù)雜工藝條件下如切削、軋制、沖壓等，CPFEM方法同樣適用，能夠模擬材料變形過(guò)程中的非線性行為和動(dòng)態(tài)響應(yīng)。
在晶體塑性有限元中，首先在Abaqus中建立了單軸拉伸有限元模型如圖1所示，材料被建模為包含大量晶粒的集合體如圖2所示，每個(gè)晶粒都有其特定的晶體取向，并且每個(gè)晶粒的變形過(guò)程均考慮了滑移和孿晶的變形機(jī)制。
圖1 單軸拉伸有限元模型示意圖
圖2 單軸拉伸晶體塑性模型示意圖
通過(guò)有限元方法，可以計(jì)算出在給定拉伸載荷下，這些晶粒如何相互作用，以及它們?nèi)绾坞S時(shí)間變形。這種方法能夠提供關(guān)于晶體材料內(nèi)部應(yīng)力、應(yīng)變和變形機(jī)制的詳細(xì)信息，有助于理解材料在受力時(shí)的響應(yīng)，并優(yōu)化材料的設(shè)計(jì)和加工過(guò)程。圖3所示為單軸拉伸過(guò)程應(yīng)力云圖，圖4所示為單軸拉伸過(guò)程孿晶云圖。
展開(kāi) abaqus晶體塑性有限元分析后處理晶界顯示插件分享
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Abaqus晶體塑性有限元三維泰森多邊形（voronoi模型）插件 V9.0
8.0版本介紹：
晶體塑性有限元 Abaqus 三維泰森多邊形（voronoi模型）插件 V8.0
9.0相比于8.0增添三項(xiàng)功能如下：
1. 新增功能概覽
1.1 三維光順晶體模塊
圖1.1 三維光順晶體模塊
1.2 顯示晶體晶界后處理模塊
圖1.2 顯示晶體晶界后處理模塊
1.3 光順泡沫幾何模型生成
圖1.3 三維光順泡沫模型
2.
晶體塑性有限元仿真入門(4)--織構(gòu)演變文獻(xiàn)復(fù)現(xiàn)
晶體塑性有限元仿真入門(4)--織構(gòu)演變文獻(xiàn)復(fù)現(xiàn)
晶體塑性有限元初學(xué)者較為熟知的工具有Huang's UMAT，EVOCD以及DAMASK平臺(tái)，這篇文章介紹如何使用開(kāi)源子程序Huang's UMAT對(duì)文獻(xiàn)Polycrystalline Plasticity and the Evolution of Crystallographic Texture in FCC Metals的織構(gòu)演變工作進(jìn)行復(fù)現(xiàn)。
圖1 塑性變形過(guò)程織構(gòu)演變文章
Polycrystalline Plasticity and the Evolution of Crystallographic Texture in FCC Metals
全文包括以下幾個(gè)部分：
1) 文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果介紹
2) 多晶體微觀結(jié)構(gòu)模型
3) 微觀結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分
4) 晶體塑性材料模型
5) 塑性變形邊界條件
6) 織構(gòu)演變結(jié)果
7) 參考資料
文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果介紹
退火后（和塑性變形后）純銅的織構(gòu)組織的實(shí)驗(yàn)測(cè)量是通過(guò)使用Rigaku RU200衍射儀的X射線實(shí)驗(yàn)獲得的。首先，用不同目數(shù)砂紙依次對(duì)試樣表面進(jìn)行打磨，直至試樣表面無(wú)肉眼可見(jiàn)劃痕。然后，在250ml磷酸、250ml乙醇、50ml丙醇、500ml蒸餾水和3g尿素的攪拌電解溶液中進(jìn)行電解拋光，使得試樣表面沒(méi)有明顯的研磨痕跡，具體拋光參數(shù)為：電流1.5A，電壓5~7V，拋光時(shí)間3~5min。最后，在{111}，{200}，{220}，和{311}晶面上使用Schulz反射法觀察晶粒織構(gòu)極圖。觀察表面的面積約為5.0mm×1.2mm，由于純銅的平均晶粒直徑約為60um，一個(gè)典型的觀察表面將取樣超過(guò)1600個(gè)晶粒(6mm2/0.0036mm2)。
展開(kāi) 晶體塑性有限元 Abaqus 三維泰森多邊形（voronoi模型）插件介紹
長(zhǎng)方體晶體模型
按第一步啟動(dòng)三維多晶模型生成插件，啟動(dòng)后界面如圖所示，首頁(yè)即為長(zhǎng)方體晶體模型生成頁(yè)面。
圖2.1 長(zhǎng)方體多晶模型生成界面
長(zhǎng)方體晶體模型的輸入?yún)?shù)主要包括：長(zhǎng)方體的x/y/z邊界、晶體最小間距和晶體數(shù)目，x/y/z Limit分別表示長(zhǎng)方體在x/y/z軸上的最大/最小值，圖中默認(rèn)值表示，長(zhǎng)方體的最小點(diǎn)為(0, 0, 0)，最大點(diǎn)為(50, 50, 50)，晶體中心間的最小間距為5，晶體數(shù)量為100，不為每個(gè)晶體創(chuàng)建單獨(dú)的Set集，晶體參數(shù)對(duì)所有種類均相同，以下將不再贅述，用戶可根據(jù)情況進(jìn)行修改。若勾選為每個(gè)晶體創(chuàng)建Set集，請(qǐng)確保Abaqus中體顏色顯示不是按Set進(jìn)行顯示，否則程序執(zhí)行速度大大降低。
三. 圓柱體晶體模型
按第一步啟動(dòng)三維多晶模型生成插件，啟動(dòng)后界面如圖所示，切換到圓柱體（Cylinder 3D）晶體模型生成頁(yè)面。
圖3.1 圓柱體多晶模型生成界面
圓柱體晶體模型的輸入?yún)?shù)主要包括：圓柱體的原點(diǎn)(默認(rèn)為坐標(biāo)原點(diǎn))、圓柱體的半徑、圓柱體的長(zhǎng)度、圓柱體的軸線方向(x/y/z軸)和晶體參數(shù)等。
圓柱體的原點(diǎn)和軸線方向決定了圓柱體在空間上的位姿、半徑和長(zhǎng)度決定了圓柱體的大小。
四.
展開(kāi) 晶體塑性有限元 Abaqus 三維泰森多邊形（voronoi模型）插件 V7.0
1 上一版本完整功能介紹：
Voronoi晶體插件-6.0版本[新功能介紹]
晶體塑性有限元 Abaqus 三維泰森多邊形（voronoi模型）插件 V6.0
2 新增功能模塊
7.0版本新增功能模塊包括：柱狀晶體模塊和分層晶體模塊。
2.1 二維柱狀晶體模塊
該模塊支持生成二維各項(xiàng)異性晶體模型，生成的晶體為細(xì)長(zhǎng)形晶體。
圖2.1 二維柱狀晶體模塊
2.2 二維分層晶體模塊
該模塊支持生成多層晶體模型，每一層可設(shè)置不同厚度和晶體大小，晶體的層數(shù)支持多達(dá)20層。
圖2.2 二維分層晶體模塊
2.3 三維柱狀晶體模塊
該模塊支持生成二維各項(xiàng)異性晶體模型，支持矩形邊界和圓柱體邊界，可生成的晶體為細(xì)長(zhǎng)或扁平形晶體。
展開(kāi) 