晶粒模擬的案例
基于黃umat梯度結構晶粒變形模擬------案例十九 ￥99
? 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 基于huang.for結合cohesive單元模擬晶粒之間的晶界開裂
<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 python自動元胞機方法實現晶粒生長模擬，二維 ￥39
python模擬晶粒生長
【PFC6.0.30】三維Cluster模擬GBM礦物晶粒巖石單軸
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 
退火銅晶粒生長模型（熱力耦合），用于TSV、TGV填充晶粒演化（相場模擬） ￥99
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。
晶體塑性模擬，晶粒劃分
[圖片]
泰森多邊形-二維或者三維voronoi-通過批量嵌入cohesive模擬晶粒開裂
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</div><p><img src="http://www.yqgqt.org.cn/platform/static/ueditor/themes/default/images/spacer.gif"><img src="http://www.yqgqt.org.cn/platform/static/ueditor/themes/default/images/spacer.gif"><img src="http://www.yqgqt.org.cn/platform/static/ueditor/themes/default/images/spacer.gif"><img src="http://www.yqgqt.org.cn/platform/static/ueditor/themes/default/images/spacer.gif"></p><p>abaqus中3D泰森多邊形模型的建立方法</p><p>類似帖子見</p><p><a href="https://www.yqgqt.org.cn/content/post/403615" rel="noopener noreferrer" target="_blank">https://www.yqgqt.org.cn/content/post/403615</a></p><p>ABAQUS斷裂模擬收徒 ，保證快速學會各種ABAQUS斷裂模擬方法 1200/人（將享有各種插件以及程序，價值3000+、專門定制視頻
展開 晶體塑性有限元仿真入門(1)--開源子程序Huang's UMAT及代表性體積單元的創建
圖3.5 邊界條件設置參數
網格劃分
默認大小0.05進行網格劃分，并將單元類型設置成incompatibles modes(默認的可能出現錯誤zero hour glass stiffness)：
圖3.6 網格設置參數
提交運算
選擇子程序所在目錄，提交計算：
圖3.7 選擇子程序所在目錄
后處理界面
應力分布：
圖3.8 應力分布(單個晶粒) 應力分布(8個晶粒相同取向)
圖3.9 應力分布(8個晶粒隨機取向1) 應力應變分布(8個晶粒隨機取向2)
注：對比起來，8個晶粒相同取向的模擬結果和單個晶粒模擬結果一樣，即多個晶粒有相同取向可以看成一顆大的晶粒；而多個晶粒不同取向的差異較大，即取向參數是重要因素。
4. 代表性體積單元的創建(晶體塑性材料模型+Voronoi多晶粒)
前面的模型都是把晶粒幾何形狀簡化為立方體，而實際上晶粒幾何形狀非常復雜。實際的晶粒幾何模型可以從實際實驗得到的晶粒圖進行幾何形狀提取，或者用voronoi模型。由于幾何體比立方體復雜，通常需要寫腳本進行處理，下面介紹使用voronoi模型進行晶體塑性有限元分析。
幾何模型
定義立方體的邊長為100mm，運行腳本得到如圖4所示的畫完網格的幾何模型。
圖4.1 畫完網格的幾何模型
根據Voronoi幾何模型的空間位置，判斷三維空間的各網格的集合，將屬于同一個晶粒的網格設置為同一種材料。如圖4.2所示是對8000個網格依次進行晶粒編號判斷，并賦予對應的材料屬性。
展開 解析DEFORM軟件中的元胞自動機法
JMAK法模擬結果
實際試生產后的，對棒料成形階段的各個斷面觀察，如下圖所示，金屬材料剛擠出型腔時無粗大晶粒，之后從邊緣位置開始晶粒長大產生粗大晶粒，遠離型腔端面后，由表面向里晶粒不斷長大，最終只有芯部保持了細小的晶粒。擠壓完成后的粗大晶粒占到了總體積的70%以上，與模擬結果一致。
實物斷面圖
結束語
DEFORM軟件中CA元胞自動機法能夠結合宏觀模擬計算結果，應用的位錯理論模型適用大部分金屬類型，是一種直觀的可靠的金屬再結晶演變過程的模擬工具。
展開 解析DEFORM軟件中的元胞自動機法
如果用戶需要使用新的元胞轉變規則模擬微觀組織變化，允許自定義二次開發，在DEFORM軟件界面下，綜合考慮變形和熱處理過程中的宏觀場變量，模擬晶粒的演化過程。
元胞自動機設置定義完成后直接點擊計算即可。模擬結果展示了整個加工工藝過程中當前位置點的晶粒、晶界、位錯密度的分布，以及晶粒大小、晶界角、結晶形狀長寬比的統計圖。
DEFORM中的CA法應用
下圖所示為鋁合金棒料的反向擠壓成形案例，棒料擠壓成形后，外緣紅色區域出現了粗大晶粒缺陷，通過DEFORM軟件模擬其成形和微觀組織演變過程，提前預測到缺陷，并分析粗大晶粒的產生的原因，后續可通過修改擠壓速度、金屬溫度等工藝參數優化工藝。
使用CA法模擬計算得到結果如下所示，擠壓開始后發生動態再結晶，平均晶粒尺寸由于再結晶現象發生不斷變小，但擠壓完成后，從棒料外緣區域開始晶粒長大，出現了粗大晶粒。隨著前端棒料溫度的緩慢冷卻，晶粒不斷長大，擠壓完成后將會產生更多的粗大晶粒。
▲ 未擠壓區域平均晶粒尺寸約23.4μm
▲ 擠壓前端開始再結晶時平均晶粒尺寸5.2 μm
▲ 再結晶完成時平均晶粒尺寸4.9 μm
▲ 晶粒長大后平均晶粒尺寸20 μm
使用DEFORM軟件的JAMK模擬得到的結果如下，對比分析擠壓階段各個區域的平均晶粒尺寸分布和大小，結果一致。
▲ JMAK法模擬結果
實際試生產后的，對棒料成形階段的各個斷面觀察，如下圖所示，金屬材料剛擠出型腔時無粗大晶粒，之后從邊緣位置開始晶粒長大產生粗大晶粒，遠離型腔端面后，由表面向里晶粒不斷長大，最終只有芯部保持了細小的晶粒。擠壓完成后的粗大晶粒占到了總體積的70%以上，與模擬結果一致。
展開 一種可用于形狀記憶合金（SMA）的UMAT子程序 ￥29.99
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. 案例介紹
為驗證 UMAT 子程序的有效性，構建 NiTi 合金單向拉伸模型，參數如下：
幾何尺寸：矩形試件，長寬高均為1mm；
加載條件：位移控制加載，位移范圍0-0.05mm
材料參數：楊氏模量 E=40GPa，泊松比 ν=0.33，初始屈服應力 σ0=353MPa，相變臨界應力 σ_f=381MPa（正向）、σ_s=141MPa（反向）。
2.結果對比
實驗數據與模型預測結果如圖 1 所示（曲線趨勢與文獻 [鄒京辰等，2025] 一致）：
試件的力 - 位移曲線和應力-應變曲線均呈現典型超彈性特征：加載階段因奧氏體→馬氏體相變出現應力平臺，卸載階段因反向相變應力驟降；
曲線趨勢與文獻結果基本吻合，驗證了子程序對相變力學行為的精準捕捉。
這個 UMAT 展示了如何在標準塑性框架內嵌入相變效應，為模擬如形狀記憶合金 (SMA)、相變誘發塑性 (TRIP) 鋼等智能材料或先進金屬提供了基礎。理解和應用此代碼需要對彈塑性力學理論、ABAQUS UMAT 接口和特定材料的相變機制有深入的了解。
4、 代碼解釋以及案例文件（inp，umat子程序)
展開 
考慮晶界影響的晶體塑性模型
文章名稱《Simulation of polycrystal deformation with grain and grain boundary effects》
DOI：10.1016/j.ijplas.2011.03.001
做多晶材料模擬時，我們經常會遇到一個很現實的問題：晶粒尺寸明明會顯著影響強度，但在普通晶體塑性有限元模型里，這個效應并不會自然出現。
傳統 CP-FEM 可以很好地描述晶粒取向、滑移系活動、應力應變不均勻性，但如果不額外加入某種長度尺度，它通常很難預測“晶粒越小、強度越高”的 Hall–Petch 效應。于是很多模型會選擇加入一個經驗項，比如 (K/sqrtx3x3zme)，這樣當然有效，但物理圖像多少有些不夠清楚：晶界到底是怎么影響位錯運動的？不同晶界為什么會產生不同的阻礙作用？滑移能不能從一個晶粒傳到另一個晶粒？
Simulation of polycrystal deformation with grain and grain boundary effects這篇文章最有意思的地方在于：作者并不是簡單把晶界當作一層“硬殼”，而是嘗試從位錯運動、晶界阻礙和滑移傳遞的角度，重新建立晶界強化的物理圖像。
作者提出的是一個“兩尺度模型”。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。作者使用滑移傳遞準則來判斷一個滑移系上的位錯是否容易穿過晶界進入相鄰晶粒。
展開 ABAQUS梯度晶體FGM二維模型
本案例介紹在Abaqus CAE內建立呈現不同梯度分布模式的二維Voronoi晶粒結構模型。
模型輪廓草圖預先在AutoCAD內建立，在“0”圖層上建立正方形，在“hole”圖層建立內部的孔，這里的孔采用的是正多邊形，以確保能以多邊形的邊長生成對應的梯度晶粒。圖形建立完成后，采用CAD二維圖形Voronoi劃分 V2.0插件進行梯度晶粒的生成，晶粒直徑參數設置為最大的晶粒尺寸，晶粒類型選取梯度適應，邊界模式勾選自動尺寸。
在Abaqus內建立對應尺寸的二維部件，部件內部的孔可以建立為圓形。將CAD內生成的梯度晶粒以dxf草圖的形式導入Abaqus，并用其對建立的部件進行分區。
分區完成后也可采用Random Material Partition插件對不同區域隨機設置材料及比例。
沿直線分布的FGM梯度晶體模型只需在CAD草圖建立時將邊界線用多段線分段繪制即可，每段的尺寸與對應位置的晶粒尺寸一致。
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。
展開 《鑄造模擬》(ESI PROCAST)V2008
主要特點
·可用的確定性模型：
·等軸晶(DAS)
·耦合共晶
·球墨鑄鐵共晶(SGI)
·灰口/白口鐵共晶
·球墨鑄鐵共析
·灰口鐵共析
·包晶轉變
·Scheil模型
·鐵/碳固態轉變
晶粒結構模擬
晶粒結構模塊基于隨機方法（細胞自動機CA）和有限元法（CAFE模型）的耦合，能夠預測凝固態的晶粒結構。
主要特點
·預測柱狀和等軸晶結構
·柱狀晶到等軸晶轉變
·柱狀結晶區晶粒選擇
·預測單晶鑄件中雜散晶體
·晶體結構的演變
·立體信息
·晶粒結構直接可視化
PROCAST2008PROCAST2008下載: 下載:
展開 ESI PROCAST 2009 Win64鑄造模擬
主要特點
·耦合宏觀縮孔與管狀收縮的顯微縮孔預測
·糊狀區壓降
·氣體分離
·氣體溶解度作為溫度和合金元素的函數
·氣孔的形核和生長
微觀組織
ProCAST微觀組織模塊可建立確定性模型，該模型可將鑄件任意位置熱變化同微觀組織形核和長大過程耦合實現模擬。 主要特點
·可用的確定性模型：
·等軸晶(DAS)
·耦合共晶
·球墨鑄鐵共晶(SGI)
·灰口/白口鐵共晶
·球墨鑄鐵共析
·灰口鐵共析
·包晶轉變
·Scheil模型
·鐵/碳固態轉變
晶粒結構模擬
晶粒結構模塊基于隨機方法（細胞自動機CA）和有限元法（CAFE模型）的耦合，能夠預測凝固態的晶粒結構。
主要特點
·預測柱狀和等軸晶結構
·柱狀晶到等軸晶轉變
·柱狀結晶區晶粒選擇
·預測單晶鑄件中雜散晶體
·晶體結構的演變
·立體信息
·晶粒結構直接可視化
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