金屬晶體
關注創建者：馬里奧 創建時間：2018-09-18
金屬晶體的視頻教程
包含滑移、孿生機制的HCP晶體金屬的晶體塑性有限元建模與分析
本課程主要介紹包含滑移、孿生機制的HCP晶體金屬的晶體塑性有限元建模與分析的基本過程與方法； 課程附件中包含修好好的運行范例.inp文件和考慮滑移、孿生機制的子程序.for文件。
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前面課程的補充-多相材料的晶體塑性有限元模擬（fcc/bcc的補充）
本課程是針對前面課程-《包含滑移、孿生變形機制的hcp金屬晶體塑性有限元》的補充，在UMAT中做了適當添加，能完成FCC/BCC的滑移與HCP滑移+孿生的雙相、多相材料晶體塑性建模模擬，注意的是針對FCC/BCC晶體材料，僅有滑移機制，無法進行FCC/BCC孿生的模擬。
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金屬晶體的實例教程
金屬晶體的生長速率非常快，例如，金屬鎳的晶體生長速率可以達到70m/s。超快的生長速率預示著金屬晶體有望成為下一代的相變材料。與經典理論預測不同， 金屬晶體的生長速度如此快是由無能量勢壘動力學行為導致的。雖然對于原子液體，無能量勢壘晶體生長理論已經比較完善，但是依然缺乏比較合理的物理解釋。換句話說，熱激發主導金屬液體的擴散行為，而液體原子形成晶體結構的過程卻不需要額外的激發能，這一問題到目前依然困擾著大家。那么，金屬晶體生長的物理機制到底是什么？
近日，澳大利亞悉尼大學的孫剛博士與其合作者Peter Harowell教授 在Nature Materials上發表最新的研究成果：The Mechanism of theUltra-Fast Crystal Growth of Pure Metals from their Melts 。
文章鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41563-018-0174-6
該工作利用經典分子動力學模擬的方法，深入探討了金屬晶體生長的三個核心問題：（1）金屬材料的結晶速率為什么那么快？（2） 什么參數決定了金屬晶體的生長速率？（3） 隨著溫度降低，結晶速率出現極大值的物理原因。研究發現，金屬材料超快的結晶速率主要是因為界面液體原子的有序化過程不需要克服能量勢壘（圖1(a)）。而且，界面液體原子轉變成晶體的速率，不是決定于傳統意義上的液體動力學，而是取決于界面液體的協同運動（圖1(b)）。
圖1 在能量最小化過程中，晶體-液體界面的移動和界面液體原子的運動。
(a)通過粒子數密度表征金屬銅的晶體-液體界面在能量最小化過程中的變化。
展開 【引言】
具有可控形狀或形態的貴金屬納米晶體已經受到基礎研究和工業應用的廣泛關注，目前諸如球體、四面體、立方體、八面體、十面體、十二面體和二十面體等貴金屬納米晶體已經能夠簡便地制備得到。盡管大多數貴金屬在面心立方結構中結晶，雙平面和/或堆垛層錯的存在使得結晶系統更加復雜，同時對于各種應用更加有趣。例如，十面體和二十面體含有多個雙缺陷并被{111}面包圍，因此它們具有一些共同的催化性質。而十面體納米晶體的獨特五孿晶結構以及近來開發的十面體納米晶體的合成方法都提供了一個很好的機會來利用種子介導的生長方式來獲取更復雜的結構。
【成果簡介】
近日，Mater. Today在線刊登了佐治亞理工學院夏幼南教授（通訊作者）發表的題為“Decahedral nanocrystals of noble metals: Synthesis, characterization, and applications”的綜述文章，集中闡述了基于貴金屬的十面體納米晶體的合成、表征和應用相關的研究進展。首先簡要介紹了十面體納米晶體的獨特特征和性質，并對十面體納米晶體的形成機制進行熱力學和動力學分析。然后分析了合成單金屬（Ag、Au、Pd、Cu、Rh和Pt）、合金十面體納米晶體以及具有核-殼、核-框架或一維結構衍生物的合成路線。最后，重點介紹了十面體納米晶及其衍生物在光子、催化和傳感應用中的應用，并總結了關于貴金屬十面體納米晶體的未來發展方向。
展開 擴展黃永剛原始晶體塑性程序加入AF背應力模擬金屬疲勞問題
參考文獻：《Low-cycle fatigue life prediction of a polycrystalline nickel-base superalloy using crystal plasticity modelling approach》
在原始程序中修改流動方程，加入背應力項，引入運動硬化項，從而可以描述多晶金屬循環加載中的包辛格效應
背應力的演化遵循AF模型
并使用原始的PAN模型描述滑移系統的硬化行為
為了表征多晶的疲勞壽命，引入兩類疲勞指示因子分別為
一：累計塑性滑移
二：累計能量耗散
展開 本文來自“材料基”。
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Digimat能夠幫助用戶預測多相材料的宏觀性能，支持的材料范圍涉及包含連續纖維、長纖維、短纖維、纖維編織、晶須、顆粒、片層等所有增強相和包括樹脂基、金屬基和陶瓷基在內的多類基體材料。廣泛的軟件接口可以為幾乎所有的主流有限元程序提供材料模型或進行多尺度的耦合分析。多尺度的分析結果使得對材料和結構的失效預測更加準確。
01 Digimat用于金屬晶體塑性
Digimat可以使用具有微觀結構細節（紋理、晶粒尺寸和形態、相等）的晶體塑性（CP）進行各向異性行為模擬，根據單次拉伸試驗數據校準模型。校準的模型可以作為虛擬實驗室來測試復雜的載荷條件，并確定高級各向異性宏觀屈服函數的屈服參數，預測 Lankford 值（r 值）。
圖2. 金屬晶體塑性及成型應用
Digimat用于成型的晶體塑性優勢：
1、高級各向異性/正交各向異性屈服函數: Barlat, Vegter等；
2、通過虛擬RVE測試生成更高應變的材料數據；
3、適用于疲勞性能；
4、考慮加工生成的材料微觀結構對材料性能和行為的影響。
02 Digimat用于金屬缺陷分析
使用Digimat，基于RVE的鑄件或增材制造零件宏觀行為孔隙率測試，可以預測結構/制造仿真中使用的宏觀特性（拉伸、疲勞），研究損傷起始和傳播。
圖3. 帶孔洞的金屬RVE單胞力學性能計算
03 Digimat用于雙相鋼性能
針對雙相鋼（DP，包含馬氏體+鐵氧體），通過各向同性硬化行為預測包辛格效應以及動力學參數。
圖4. 不同比例雙相鋼的RVE單胞模型和包辛格效應仿真結果
與實驗研究相比，雙相鋼不同預應變水平的包辛格效應預測。
圖5.
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金屬晶體的最新內容
鍍層由納米級的金屬晶體組成，晶體粒徑通常在50-200納米之間。這種納米晶結構賦予了鍍層優異的性能，如高硬度、高耐磨性、良好的導電性和導熱性等。
整個成膜過程受到多種因素的影響，包括反應溫度、pH值、溶液濃度、反應時間等。通過精確控制這些參數，可以實現對鍍層厚度、結構和性能的精確調控。
基于UMAT的蠕變變形仿真17天前
這就像，搞編織復合材料卻不懂層合板，懂金屬的晶體塑性力學，卻不懂最常見的JC彈塑性模型。有點像辟邪劍譜，練的快是快，但是沒有根基。
扯遠了，回到蠕變這個問題，我們采用唯象模型，簡單講就是根據試驗數據擬合的蠕變模型。
同時，基于該背景，最近的研究表明，因為具有較高的開關頻率、熱阻和擊穿電壓，SiC金屬氧化物場效應晶體管（MOSFET）對于電動汽車動力總成的發展至關重要。
這對于半導體技術解決方案的領先企業意法半導體（STMicroelectronics）而言，是一個好消息。ST率先推出了汽車級SiC MOSFET，并提供了STPOWER? SiC器件，該器件已經為目前上路行駛的500多萬輛乘用車提供動力。
由于納米晶體金屬及合金材料具有優越的物理、化學、力學特性，越來越受到人們的重 視，但是材料的缺陷嚴重影響著人們的安全，所以研究裂紋的擴展機制成為一項重要的研究課題。 由于裂紋擴展在原子尺度上進行，目前傳統的宏觀連續介質力學已經無法滿足材料微觀尺度變形機理的研究。近幾十年來，分子動力學方法作為一種計算機模擬技術，解決了由大量原子組成的系統動力學問題，它能夠揭示在微觀尺度下材料的變形和斷裂的實質過程。
晶格模型適用于研究微觀尺度下的材料性質，以及它們如何影響宏觀性能，如進行金屬晶體結構建模及斷裂的模擬等。
晶體結構模型可采用CAD Voronoi插件進行建模后導入Workbench內，首先采用插件在AutoCAD內建立模型的二維草圖。
金屬晶體塑性及成型應用
Digimat用于成型的晶體塑性優勢：
1、高級各向異性/正交各向異性屈服函數: Barlat, Vegter等；
2、通過虛擬RVE測試生成更高應變的材料數據；
3、適用于疲勞性能；
4、考慮加工生成的材料微觀結構對材料性能和行為的影響。
插件可用于梯度功能材料(Functionally Gradient Materials)、梯度納米金屬材料、梯度金屬結構等梯度晶體模型的建立。模型基于背景網格實現，通過單元集的劃分，將不同的晶格指定不同的材料類型。
參考文獻：《Low-cycle fatigue life prediction of a polycrystalline nickel-base superalloy using crystal plasticity modelling approach》
在原始程序中修改流動方程，加入背應力項，引入運動硬化項，從而可以描述多晶金屬循環加載中的包辛格效應
背應力的演化遵循
擴展黃永剛原始晶體塑性程序加入AF背應力模擬金屬疲勞問題
參考文獻：《Low-cycle fatigue life prediction of a polycrystalline nickel-base superalloy using crystal plasticity modelling approach》
在原始程序中修改流動方程，加入背應力項，引入運動硬化項，從而可以描述多晶金屬循環加載中的包辛格效應
金屬和合金都屬于金屬晶體，絕大多數工業用的金屬材料不只是由一個巨大的單晶（晶粒）所構成，而是由大量單晶（晶粒）組成，即多晶體。晶粒與晶粒之間的接觸界面叫作晶界。定向凝固合金葉片消除了對空洞和裂紋敏感的橫向晶界，使全部晶界平行于應力軸方向，從而改善了合金的使用性能。
