塑性
關注創建者：鼬源 創建時間：2017-01-05
塑性的視頻教程
基于Abaqus軟件的晶體塑性有限元分析(2)-基于UMAT的晶體塑性有限元程序
為了幫助大家在學習晶體塑性有限元分析過程中少犯錯和少走彎路，系列課程基于Abaqus軟件進行晶體塑性有限元分析(2)-基于UMAT的晶體塑性有限元程序。
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3.DAMASK晶體塑性有限元平臺案例實戰教程——雙相合金鋼晶體塑性分析(BCC)
課程目標： 對DAMASK晶體塑性有限元平臺的運行原理有基本了解 熟悉掌握DAMASK的前后處理 熟練掌握DAMASK譜求解器的使用 熟練掌握Paraview的使用 章節目錄： 課程簡介 實戰一：(FCC)2D多晶體鋁合金晶體塑性分析 實戰二：(BCC)雙相合金鋼晶體塑性分析 實戰三：(HCP)多晶體晶體塑性分析——Mg 實戰四：單晶取向對相鄰晶粒應力和應變分布的影響
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塑性的實例教程
細觀塑性力學(mesoplasticity)
研究材料細觀結構對載荷的響應、演化和失效機理，以及細觀結構對材料宏觀性能的影響的一門新興學科，是材料科學與固體力學緊密結合的產物。
20世紀70年代以來，材料工藝及制造技術突飛猛進。材料設計、加工及精密制造技術已成為一個定量及嚴密的學科，其中發展最為關鍵的一環就是對工程材料的力學性能的認識不斷提高。工程材料的加工是通過塑性變形(如壓力加工和精密切削)進行的。人們研究塑性變形的途徑可分為兩大類：一類是以傳統力學為基礎的唯象理論，強調解決問題的數學表達和邊界解，被稱為宏觀塑性力學；另一類是以物理學為基礎的微觀理論，研究材料真實塑性變形的微觀機理與力學性能(如屈服強度、硬度)之間的相互聯系，被稱為微觀塑性力學。多年來它們在各自領域內發展。
固體塑性變形可以從尺寸量級上分類(見表)，德魯克(D．C．Drucker)對這方面做了討論。表中列出了不同尺寸量級的研究對象以及相應的學科。從表中可以看出，不同學科所關心的研究對象的尺度相差很大，互不相容，但大體可以分為微觀和細觀以及宏觀兩個尺寸范圍。
固體塑性變形的分類
傳統計算力學以“連續介質”假設為基礎，用唯象理論的方法研究并建立了各類材料的本構關系，由此導出了固體力學各類問題的基本方程，建立了相應的解析和數值解法。然而，唯象理論在大應變、高應變速率、非比率加載、率相關、溫度敏感以及晶界效應等問題前遇到了難于逾越的障礙。大量事實表明，材料的力學性質對微觀結構是敏感的。
微觀塑性力學基礎建立于位錯理論，通過位錯運動和晶格其他缺陷來解釋材料的基本性能。由于研究的對象是位錯及晶體缺陷，只能通過電子顯微鏡來觀察，觀察范圍非常細小且研制費時，不適于作為工業生產上質量控制的評定指標。
展開 當時需要采用Sap2000和Perform 3d進行鋼結構的靜力彈塑性和動力彈塑性分析。當時我和同學說：在Sap2000中，梁單元的彈塑性是通過塑性鉸定義的，在定義時需要指定塑性鉸的具體位置，比如在梁單元的兩端或者是中間任意位置定義相應的塑性鉸，軟件在計算時就會考慮這些塑性鉸的屬性而實現材料非線性。同學當時使用的軟件是Ansys/apdl，他表示很不屑：那Sap2000不行啊，Ansys的梁單元彈塑性并不需要指定塑性鉸，直接對梁指定彈塑性材料就可以實現彈塑性，很顯然Ansys更合理。我當時十分認同，認為在Sap2000中，如果實際中梁的中點處出現塑性，僅在兩端設置塑性鉸顯然無法捕捉到這個塑性，而如果采用Ansys，梁單元長度方向上任意位置進入塑性均可以捕捉到。
在后來對有限元和梁單元的不斷學習中，實際上對于這個問題已經有了更進一步的思考。實際上，即使在Abaqus和Ansys中，對于梁單元也不是在長度方向上任意位置進入塑性均可直接捕捉到的。在大部分的有限元軟件中，在梁長度方向上會設置若干個積分點，計算時僅僅會捕捉積分點的應力判斷是否進入塑性。
例如，對于abaqus的B33單元，在長度方向上有3個高斯積分點。其具體位置為：(0.1127016L，0.5L，0.887298L)；對于B31，在長度方向上僅一個高斯積分點，位置為中點處。
以下圖的B33為例：
長度為1m，截面為0.1m*0.1m的梁采用1個B33單元，左端約束，右端施加豎向荷載Fz=1N.
計算完成后查詢積分點的S11應力值：
按照前文提到的長度方向積分點的位置為：(0.1127016L，0.5L，0.887298L)，則三個積分點處的應力（截面頂或者底）計算為:
同理可計算M2和M3，結果均與abaqus查詢的結果一致。
展開 工程數據模塊提供了雙線性和多線性等向強化彈塑性模型。
對線性隨動強化, 屈服面在塑性流動過程中進行剛體平移。
屈服后最初的各向同性塑性行為不再各向同性 (隨動強化是各向異性強化的一種形式)
彈性區等于 2 倍的初始屈服應力，這稱為包辛格效應。
Chaboche Test Data
Uniaxial Plastic Strain Test Data
(單軸塑性應變測試數據) Plasticity（塑性模型）
-Bilinear Isotropic Hardening(雙線性等向強化)
-Multilinear Isotropic Hardening (多線性等向強化)
-Bilinear Kinematic Hardening(雙線性隨動強化)
-Multilinear Kinematic Hardening (多線性隨動強化)
-Chaboche Kinematic Hardening （非線性隨動強化）
-Anand Viscoplasticcity(Anand粘塑性模型)
所有的彈塑性模型，必須輸入材料的彈性模量和泊松比
3、試驗數據的處理方法
在ANSYS Workbench中的工程數據模塊中，彈塑性模型可以通過塑性應變與應力定義，因此需要使用下式進行轉換
下載地址：線性隨動強化彈塑性理論基礎
展開 第三屆熱塑性復合材料國際研討會
江蘇君華特塑攜連續CF/PEEK熱塑性復合材料參加
2021年11月25上午，第三屆熱塑性復合材料國際研討會在上海拉開帷幕，以“高性能熱塑性復合材料助力中國大飛機輕盈翱翔”為會議主題。來自國內外行業企事業單位、大學及科研院所的代表200余人參加會議，其中171位代表來到與會現場。
研討會由中國商飛、中航復合材料有限責任公司、四川大學、北京航空航天大學、中航工業五家單位共同主辦，由國際先進材料與制造工程學會（SAMPE）北京分會承辦。
01、CFRTP研討會
▲ 開幕式主持人：肖輝江主任，中國商飛
中國商飛肖會江主任發表開幕式祝詞。肖主任表示，熱塑性復合材料已成功應用于A380、A350等飛機的機翼前緣、機身連接角片等結構，近年來逐漸向主承力、大部件等結構驗證快速發展，熱塑性復合材料、設計和工藝技術的突破也日新月異，應用前景廣闊。
▲ 楊洋研究員，中國商飛，熱塑性復合材料制造工藝及應用
肖主任指出：“熱塑性復合材料是一個涉及到專用樹脂、專用纖維、專用裝備、預浸料制備、復材成型、制件連接、結構設計、壽命預測以及部件回收的一個巨大產業網絡，任何的單點突破都不足以推動整個產業鏈的前進。因此，只有產業鏈上下游單位攜手，共同努力，產學研共同融合，才能實現我國高性能熱塑性復合材料的整體發展，助力中國大飛機輕盈翱翔。”
中國商飛劉傳軍博士、中國科學院大連化學物理研究所周光遠博士、GKN航空FOKKER航空結構公司民用航空機身全球研發主任安特·奧弗瑞葛博士做特邀報告。
展開 求解得到塑性乘子增量之后，即可更新：
也可以更新塑性應變：
1.3 一致性切線剛度矩陣
umat除了要求更新應力以及狀態變量之外，還需要更新算法的一致性切線剛度模量。當沒有發生塑性屈服時，一致性切線剛度矩陣即為彈性矩陣。
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傳統溫循分析后處理中，依賴人工提取關鍵區域的塑性應變或應變能密度數據，不僅效率低下，且易因主觀判斷導致風險評估偏差，難以滿足高可靠性電子封裝的工程需求。
傳統的彈塑性模型無法準確模擬這種“又快、又熱、變形又大”的極端物理過程，而 JC 模型正是為了破解這些高能耗、高破壞性的力學難題而誕生的。
該模型的核心思想是將復雜的金屬材料行為進行“解耦”，認為材料的強度主要受到三個獨立因素的疊加影響：應變硬化、應變率（變形速度）強化和熱軟化。
尤其是分段線性化和應力驅動的求解思路）我們可以把獨立的vpsc子程序編寫進abaqus里面，為了避免復雜的雅可比推導，以及適用各種復雜的變形工況，推薦使用abaqus的顯式求解器，即vumat程序
以下展示一個使用vpsc-鎂合金本構模型，模擬包含1個單元，單元包好100個晶粒在RD方向壓縮20%的模擬效果（原始模型參數取自vpsc官方案例,為了減少計算時間使用高應變率進行計算，應力高于vpsc模擬）：
等效塑性應變
然而，早期的 FFT 框架大多局限于剛塑性或線性彈性。2012 年，Ricardo A. Lebensohn 等人在 International Journal of Plasticity 上發表了具有里程碑意義的工作。該研究提出了一套嚴謹的彈性-黏塑性（EVP-FFT）公式，能夠同時處理晶體的彈性各向異性與非線性滑移演化，為預測多晶材料在復雜載荷下的局部力學響應奠定了理論基礎。
傳統室溫本構模型通常需要依賴大量不同溫度、不同加載路徑下的實驗數據進行擬合，很難真正解釋“溫度如何影響晶體滑移和多晶塑性響應”。
Cyr 等人針對這一問題提出了一個三維熱-彈-黏塑性晶體塑性模型，即 TEV 模型，用于描述 FCC 多晶材料，特別是 AA5754 鋁合金在升溫條件下的力學行為。該模型的核心思想是：材料變形不僅包含彈性變形和晶體塑性滑移，還需要顯式考慮熱膨脹變形。
傳統有限元分析通常采用各向同性塑性模型，通過宏觀應力–應變曲線描述材料響應。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，微觀結構可能對吸能行為產生重要影響。
這個思想非常適合和晶體塑性模型結合，因為晶體塑性本來就是逐滑移系計算的。
在作者的模型中，晶界通透性可以進一步轉化為晶界障礙應力。通透性越高，障礙應力越小；通透性越低，障礙應力越大。這樣一來，晶界對塑性滑移的影響就可以直接進入滑移率方程：只有當有效分切應力足夠克服晶界障礙時，晶界附近的滑移才能繼續發展。
這篇文章的另一個重要部分是位錯重分配。
第三，從建模角度看，將剪切損傷模型與應變梯度塑性耦合，是理解微尺度金屬斷裂行為的一條很有前景的路線。對于后續開展超薄板塑性成形、切邊質量控制以及微尺度損傷本構建模，這篇文章都提供了很有價值的思路.
這個判斷非常重要，因為它提醒我們：在 HCP 鎂合金里，單純盯著“硬化參數”往往是不夠的，織構和重取向本身就是塑性響應的重要組成部分。
第四，作者還加入了一個各向同性 accommodation 項，用來描述晶界附近非晶體學協調變形的作用。這個處理非常值得重視。很多時候我們做晶體塑性，只把目光放在晶內滑移和孿晶上，卻容易忽略多晶材料中晶粒之間并不是天然完全協調的。
3,3),
3 dfgrd0(3,3),dfgrd1(3,3),jstep(4)
ddsdde=0.0d0
noffset=noel-nelem
statev(1:nstatv)=UserVar(npt,1:nstatv,noffset)
return
end
材料屬性和狀態變量如下：
該代碼非常容易和晶體塑性結合使用
