晶粒模擬
關注創建者：崔彪 創建時間：2018-10-16
晶粒模擬的視頻教程
基于MATLAB的三維元胞機教學（針對晶粒模擬具有優勢）
以三維生命游戲詳細講解三維元胞機的實現原理及方式，該課程對于后續使用三維元胞機編寫如晶粒生長、再結晶等三維模擬程序具有指導作用，課程優惠，請私信。
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晶粒模擬的實例教程
<p> 已有大佬做了基于cohesive+泰森多邊形(Voronoi)插件模擬晶粒之間的晶界開裂的視頻，這個視頻中晶粒模型主要是通過homtools插件建立的，cohesive單元的建立是通過Cohesive_generator_2D3D插件實現的。附上視頻鏈接：</p><div contenteditable="false" width="100%">
<figure class="figure-link" data-title="基于cohesive+泰森多邊形(Voronoi)插件模擬晶粒之間的晶界開裂--Abaqus平臺" data-link="https://www.bilibili.com/video/BV1LV411y7CL/?share_source=copy_web&vd_source=ee5e911cda47c9e62824b381dae143c2" data-regular="true">
<a href="https://www.bilibili.com/video/BV1LV411y7CL/?share_source=copy_web&vd_source=ee5e911cda47c9e62824b381dae143c2" target="_blank" class="figure-link-a" rel="nofollow">基于cohesive+泰森多邊形(Voronoi)插件模擬晶粒之間的晶界開裂--Abaqus平臺</a>
</figure>
</div><p><br></p><p> 在Neper中建立晶粒模型劃分網格時也可以批量插入0厚度cohesive單元，我之前進行了嘗試，這里給出一個示例。
展開 ? 基于黃umat梯度結構晶粒變形模擬
案例實操
1，建立包含896個晶粒的梯度多晶模型
2，對多晶模型賦予對應的材料屬性
3，X0方向固定，施加X1方向50%工程應變的拉伸載荷
4，保留晶界形狀，使用CPE3單元
5，提交與后處理材料數據
梯度晶粒幾何模型
模型載荷示意圖
不同時刻材料的對數應變分布
不同時刻材料的應力分布
材料的等效塑性應變的分布
根據應力應變分布情況可以清晰的看出，梯度晶粒結構應力應變分布更加均勻，不容易集中于某些區域，從而避免更早的發生頸縮失效，提高材料的延性。從而提高材料的服役壽命。
展開 python模擬晶粒生長
離散元的模擬思路是從微觀力學行為去反映宏觀特性，在這個過程中，能夠實現的現實的因素越多，得到的力學行為也就越準確。所以我們很多人去做柔性三軸，并不是為了去研究力學特性，而是為了得到更加準確的宏觀特性與現實相比對。
巖石也是一樣，一個完整的巖石應當包括礦物晶粒和膠結物，并且除了致密的花崗巖這種巖漿巖，沉積巖變質巖在內部或多或少都會存在微小裂紋，甚至有一些碳酸巖體內部還存在微小孔洞。
本文主要是利用cluster的概念，使用一個個cluster來模擬礦物晶粒，從模擬的思路來看是能夠更好的反映巖石行為的。但是需要注意的是，礦物晶粒的尺度對巖石而言是相當微小的，考慮礦物晶粒的破壞對巖石而言是否有必要還應當得到進一步的考量。當然本文是一個純技術層次的探討，不在模擬假定方面進行深入探討。
1 生成晶粒顆粒
這里指定了晶粒的尺寸大小，當然各位可以根據晶粒名稱去指定更加復雜的晶粒級配。需要注意的是，后面使用的rBlock構建方式是from-ball，這里采用的是ball的邊界進行計算的，所以在第一步顆粒和墻體不能有過大的重疊，墻體和顆粒的剛度設置的大很多。
展開 結合電子背散射衍射（EBSD）實驗與耦合熱–力的多晶相場模擬，揭示電鍍 TXV-Cu 在退火過程中的晶粒演化行為及其對可靠性的影響;基于相場方法的退火晶粒演化模型，將溫度依賴的界面遷移率、界面能及熱膨脹效應納入描述框架，從而在數值模擬中再現 TXV-Cu 的微觀組織演變過程。該模型不僅能夠為實驗觀察提供理論支撐，還可進一步用于預測不同工藝參數下 TXV-Cu 的組織演化規律，為優化工藝與提升器件可靠性提供指導。
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第一層是我們熟悉的晶粒尺度模擬，也就是基于有限元的晶體塑性計算。它負責求解每個晶粒、每個單元中的應力、應變、滑移量和位錯密度演化。第二層是介觀尺度模擬，用來處理普通 CP-FEM 很難直接描述的部分：位錯在晶粒內部的重新分布、由位錯堆積產生的背應力，以及位錯穿過晶界時受到的阻礙。
這篇文章里，最值得關注的是它對晶界的處理。
可對模型劃分網格，并進行后續的梯度晶粒結構仿真模擬分析。
結合電子背散射衍射（EBSD）實驗與耦合熱–力的多晶相場模擬，揭示電鍍 TXV-Cu 在退火過程中的晶粒演化行為及其對可靠性的影響;基于相場方法的退火晶粒演化模型，將溫度依賴的界面遷移率、界面能及熱膨脹效應納入描述框架，從而在數值模擬中再現 TXV-Cu 的微觀組織演變過程。該模型不僅能夠為實驗觀察提供理論支撐，還可進一步用于預測不同工藝參數下 TXV-Cu 的組織演化規律，為優化工藝與提升器件可靠性提供指導
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</div><p class="ql-align-justify"><br></p><p class="ql-align-center">圖2增材制造過程的有限體積模型</p><p>有限元的計算結果作為元胞自動機模型的輸入，其基于經典形核理論（如連續形核模型）確定潛在晶核的位置、密度和取向；并運用枝晶生長動力學模型（如KGT模型）模擬晶粒的形核
多尺度模型
子程序考慮微觀晶粒與宏觀單元的相互作用：
1) 宏觀單元由多個晶粒組成，每個晶粒的相變行為獨立計算；
2) 單元整體響應為各晶粒響應的加權平均，可模擬晶粒取向對宏觀行為的影響（如案例中 Element 1 及其不同晶粒的應變差異）。
3、 案例介紹和結果對比
1.
[圖片]
<p> 已有大佬做了基于cohesive+泰森多邊形(Voronoi)插件模擬晶粒之間的晶界開裂的視頻，這個視頻中晶粒模型主要是通過homtools插件建立的，cohesive單元的建立是通過Cohesive_generator_2D3D插件實現的。
python模擬晶粒生長
本文主要是利用cluster的概念，使用一個個cluster來模擬礦物晶粒，從模擬的思路來看是能夠更好的反映巖石行為的。但是需要注意的是，礦物晶粒的尺度對巖石而言是相當微小的，考慮礦物晶粒的破壞對巖石而言是否有必要還應當得到進一步的考量。當然本文是一個純技術層次的探討，不在模擬假定方面進行深入探討。
? 基于黃umat梯度結構晶粒變形模擬
案例實操
1，建立包含896個晶粒的梯度多晶模型
2，對多晶模型賦予對應的材料屬性
3，X0方向固定，施加X1方向50%工程應變的拉伸載荷
4，保留晶界形狀，使用CPE3單元
5，提交與后處理材料數據
梯度晶粒幾何模型
模型載荷示意圖
不同時刻材料的對數應變分布
