DAMASK
關注創建者：佩菲 創建時間：2018-12-11
DAMASK的視頻教程
晶體塑性有限元之DAMASK的初步介紹與使用
結合晶體塑性分析的開源軟件DAMASK，簡要介紹了晶體塑性有限元之DAMASK的初步使用。課程中涉及DAMASK簡介，DAMASK主要文件介紹以及結合abaqus的DAMASK使用，并以平板單軸拉伸為例，介紹了基于neper多晶建模、織構分析等過程，課件中包含課件ppt（pdf格式）和平板拉伸模擬的案例。
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4.DAMASK晶體塑性有限元平臺案例實戰教程——多晶體晶體塑性分析——Mg(HCP)
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DAMASK的實例教程
前面介紹了damask2.03版本和abaqus配合使用，以及damask3.0版本和marc配合使用的案例介紹，當前推文的主要介紹如何把damask子程序正確移植到windows平臺下并被abaqus正確調用，把 DAMASK 跑在 Windows 上這件事，看起來像是在“折騰編譯環境”，但它真正的價值并不是讓程序“能跑”，而是讓晶體塑性與位錯密度這類微觀機制模型真正進入一個更高效、更可復現、更貼近工程實際的工作流。
很多材料模擬研究者和工程仿真團隊的日常平臺其實仍然以 Windows 為核心：Abaqus/CAE 的建模、網格與接觸邊界設置，實驗配套軟件（EBSD 取向處理、DIC 應變場分析、顯微圖像工具）、常用的腳本與可視化流程往往都圍繞 Windows 生態展開。如果 DAMASK 必須依賴 Linux 才能穩定使用，那么在實際科研中就不可避免地出現“系統割裂”：前處理在 Windows、計算在 Linux、后處理又回到 Windows，過程中伴隨文件搬運、路徑差異、編碼與環境變量問題、版本與庫依賴不一致等大量隱性成本，而晶體塑性研究偏偏又是高頻迭代的工作——要不斷修改材料參數、控制文件、微結構與紋理、加載路徑，再反復校準與驗證。
把 DAMASK 在 Windows 下穩定編譯并能直接接入 Abaqus 的 UMAT/VUMAT，本質上是把“建模—計算—后處理—實驗對比—模型迭代”的閉環放進同一套系統里，減少無意義的遷移，讓時間回到真正決定論文質量與工程可信度的環節：模型、數據與物理機制。
展開 damask變形結束后的0 0 1方向的IPF云圖為：
此外，damask還內置了很多復雜的本構模型可以直接調用，如熱力耦合，損傷相場，孿晶，位錯密度，以及非局部的通量模型，整體來看damask3.0無論從前后處理，還是計算效率都顯著高于2.03版本，非常值得學習使用，不過新版本無法與Abaqus關聯使用，只能與Marc關聯關聯使用，因此對于熟悉Abaqus操作的可能稍微有點麻煩。
對于Damask3.0版本感興趣的同學可以掃描下面圖片加入知識星球交流學習。
如下圖所示：
（3）可以將Damask編譯成一個庫，這樣就不必為每個作業編譯子程序。我曾經做過嘗試，但是沒有成功，詳見官網https://damask2.mpie.de/bin/view/Installation/Abaqus.html
（4）Damask2.0.3聯合Abaqus最大的問題是不支持使用 Abaqus 并行化。DAMASK2.0.3官網聲明可以使用OpenMP進行內部并行化，通過環境變量 $DAMASK_NUM_THREADS 設置 DAMASK 要使用的線程數，大家可以試一下。
export DAMASK_NUM_THREADS=8
echo $DAMASK_NUM_THREADS
我曾經做過嘗試，OpenMP內部并行對計算速度的增加聊勝于無。
這里附上計算文件：
Damask聯合Abaqus.zip
展開 DAMASK（Düsseldorf Advanced Material Simulation Kit）是面向材料微觀—宏觀耦合的多物理場晶體塑性平臺，既能做頻譜（FFT）網格求解，也能和有限元求解器協同。3.x 版本官方給出三種求解路徑：自帶的 DAMASK_grid（規則網格）、DAMASK_mesh（非結構化網格），以及商業有限元 MSC Marc 接口（FEM）。這么做的好處是：微結構演化/晶體塑性細節交給 DAMASK，復雜幾何與邊界條件交給成熟的 FEM。
老用戶要注意：官方早在 v2 時代就發出棄用 Abaqus 支持的提醒——2.0.3 是最后一個支持 Abaqus 的版本，之后不再維護。因此在 3.x 里，如果你的工況涉及復雜幾何、接觸、裝配邊界、多段載荷甚至熱—機耦合，單靠頻譜/網格解并不總是方便，這時就需要把 DAMASK 與一個 FEM 求解器耦合。官方明確給出的 FEM 選項就是 MSC Marc。
DAMASK 與 Marc 通過 HYPELA2 用戶子程序耦合，同時還能調用 flux、uedinc 等回調；Marc 輸入卡（*.dat）里定義幾何與邊界，材料/細觀模型與 DAMASK 的 material.yaml 通過 StateVariable 2/3 建立映射。官方還給出了求解器設置建議：非對稱線性方程解法（如 multifrontal 稀疏）在多數場景更快；若做 DDM 域分解，則要切換回對稱解法。這些都是“開箱即用”的接口與工作流細節，對需要快速落地復雜邊界條件的多晶計算非常友好。
展開 一 軟件介紹
DAMASK 是一個統一的多物理晶體塑性模擬包。連續體力學邊值問題的求解需要連接每個材料點的變形和應力的本構響應,該問題在 DAMASK 中基于晶體可塑性使用各種本構模型和均質化方法能夠被有效解決。除此之外，孤立地處理力學已不足以研究新興的先進高強度材料，在這些材料中，變形的發生與位移相變、顯著加熱和潛在的損傷演變相關，DAMASK 能夠有效處理多物理問題。
二 培訓方式
本次培訓全程線上授課, 采用一對一或者一對多方式進行, 以視頻方式授課，工程案例講解，答疑，技術交流，
學員需要自行準備電腦。
三 培訓對象
需要使用damask軟件進行科學研究的老師 學生以及其他研究人員.
四、培訓內容
（1），abaqus調用damask實現FCC織構演化模擬------以多晶鐵鋁為例子
（2），abaqus調用damask實現BCC織構演化模擬------以多晶鐵素體為例子
（3），abaqus調用damask實現HCP織構演化模擬------以多晶鎂為例子
（4）FCC，BCC，HCP多晶局部應力應變場模擬，狀態變量說明，初始取向賦予，后處理取向提取，應力應變曲線提取。多晶模型建立等
（5）damask程序中多晶本構方程簡介。
（6）雙相模型接單介紹。
展開 
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文章的模擬效果如下：
需要注意的是當前的這代積分方案和damask的快速傅里葉變化方案計算效果基本保持一致，整體也是使用fortran語言編寫，并使用vtk格式用于輸出，使用paraview可視化。
使用類似的思想，我們可以根據文章的公式實現對應的CPFFT的計算方案。
晶體塑性模擬中的大變形網格重劃分4個月前
相關做法完美的集中到damask3.0版本里面，然而需要指出的是：DAMASK/譜方法更偏向規則網格與RVE范式，而工程里經常需要：任意幾何與復雜邊界（非周期、接觸、局部細化等），以及不同工藝路徑（多道次、換向、局部約束），Abaqus CPFEM（UMAT/VUMAT）在這些方面更“通用”，所以把“remesh + 狀態變量映射”做成一套工作流，就能把大變形晶體塑性更穩地推進到更高壓縮/更大應變階段
前面介紹了damask2.03版本和abaqus配合使用，以及damask3.0版本和marc配合使用的案例介紹，當前推文的主要介紹如何把damask子程序正確移植到windows平臺下并被abaqus正確調用，把 DAMASK 跑在 Windows 上這件事，看起來像是在“折騰編譯環境”，但它真正的價值并不是讓程序“能跑”，而是讓晶體塑性與位錯密度這類微觀機制模型真正進入一個更高效、更可復現、更貼近工程實際的工作流
DAMASK（Düsseldorf Advanced Material Simulation Kit）是面向材料微觀—宏觀耦合的多物理場晶體塑性平臺，既能做頻譜（FFT）網格求解，也能和有限元求解器協同。3.x 版本官方給出三種求解路徑：自帶的 DAMASK_grid（規則網格）、DAMASK_mesh（非結構化網格），以及商業有限元 MSC Marc 接口（FEM）。
Damask2.0.3版本是最后一個和Abaqus有接口的版本，在Damask2.0.3的官網中已經進行了聲明，目前最新的版本已經不支持和Abaqus聯合使用。但是Damask和abaqus聯合使用仍然是學習晶體塑性有限元方法不錯的工具。我曾使用過Abaqus聯合damask平臺，這里我對使用過程中個人的一點經驗進行簡單的介紹，希望各位讀者在研究過程中少一些技術上的障礙。
damask變形結束后的極圖為：
Abaqus變形結束后的云圖為：
可以看到基于damask的FFT方案相較于Abaqus的FEM方案得到的極圖強度稍高一些。
變形后應變分布：
累計剪切滑移
應力場分布特征
類似的效果可以用于處理Damask的結果，可以了看到新版本的圖形渲染功能還是很強大的。感興趣的可以下載了解，或者加入我的知識星球進行溝通交流。知識星球鏈接
如一些重點文獻的分享，前后處理的常用軟件，以及一些開源代碼的分享，加入知識星球的鏈接如下：
此外目前還上傳了vpsc8.0對應的學習教材，以及damask2.03譜方法入門的三個案例文件。后續計劃上傳黃永剛程序的一般使用案例。
因此提出了一個考慮滑移+孿生＋微剪切帶的FCC結構的晶體塑性模型，并成功預測了低層錯能金屬的織構特征，該方案被大量引用是目前FCC結構考慮孿生+剪切帶的主流晶體塑性模型，并已被集成到damask軟件平臺。
這里嘗試利用作者的思路基于超彈性晶體塑性模型和雙重迭代方案進行類似的孿晶模型編寫同時為了對照，也對damask內置的孿晶模型進行編寫，模擬結果與damask軟件中具有良好的一致性：
數值案例：
編寫的umat和damask軟件輸入對應的初始織構：
20%拉伸變形下damask對應的織構
20%拉伸變形下umat對應的織構
變形過程中應變場對比：
變形過程中應力場對比
