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通過ABAQUS三維晶體塑性有限元建模，深入揭示柱狀晶微觀結(jié)構(gòu)（如晶粒尺寸、取向）與力學(xué)性能的關(guān)聯(lián)，為鑄造、焊接工藝優(yōu)化提供關(guān)鍵理論依據(jù)，顯著提升材料可靠性與使用壽命。本案例介紹在ABAQUS內(nèi)建立三維晶體結(jié)構(gòu)有限元模型。

abaqus后處理中顯示晶界可以是多晶塑性分析更加直觀，但abaqus未內(nèi)置此功能，需要通過二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)，這里分享一個插件用于實(shí)現(xiàn)該功能，插件源于一位法國讀博士老哥的分享，將該插件放入到abaqus plug-in中即可輕松的實(shí)現(xiàn)后處理晶界的顯示問題軟件用戶界面：得到的效果圖如下：如果您在文章中使用了該插件，請引用該作者對應(yīng)的兩篇文獻(xiàn)：1，A physically-based

建立柱狀晶幾何模型進(jìn)行有限元分析有助于深入理解材料的微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能之間的關(guān)系，為材料設(shè)計(jì)、制造工藝優(yōu)化及失效預(yù)測提供了強(qiáng)有力的工具。本案例介紹采用AutoCAD基于泰森多邊形算法生成柱狀晶三維幾何部件，并導(dǎo)入Abaqus有限元軟件內(nèi)建立包含晶粒及晶界在內(nèi)的柱狀晶模型。

二、建模思路Neper是目前非常流行的晶體塑性模型前處理軟件，可以實(shí)現(xiàn)多種類型組織模型的建立，操作較為簡單，且生成文件格式豐富，是本文的基礎(chǔ)模型來源。而建立晶界模型則采用的思路來源于現(xiàn)有開源python代碼Homtools（http://homtools.lma.cnrs-mrs.fr/spip/）。

作者發(fā)現(xiàn)模型可以非常準(zhǔn)確的預(yù)測晶粒尺寸效應(yīng)：我認(rèn)為這篇文章的價值不只是“提出了一個更復(fù)雜的模型”，而是提供了一種很清楚的建模思路：晶界強(qiáng)化不一定只能通過經(jīng)驗(yàn)晶粒尺寸項(xiàng)來描述，也可以從滑移傳遞、位錯通量和局部障礙應(yīng)力出發(fā)，逐步把晶界的物理作用放進(jìn)晶體塑性框架中。

其中，陸上風(fēng)機(jī)一般采用鋼筋混凝土基礎(chǔ)結(jié)合預(yù)應(yīng)力錨栓作為塔筒-基礎(chǔ)間連接件的方式以滿足整體結(jié)構(gòu)承載安全要求，本內(nèi)容包含該風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)在ABAQUS中的建模方法、主要鋼筋的建模方法及混凝土CDP本構(gòu)等的內(nèi)容。

? 基于huang程序和Homtools插件實(shí)現(xiàn)考慮晶界的晶體塑性建模 案例說明 1，通過Homtools生成包含晶界和200個晶粒的晶體模型 2，根據(jù)材料腳本批量給每個晶粒分配不同的材料屬性，對于晶界采用兩種方式建模（a. 晶體塑性。

材料晶體塑性理論與細(xì)觀尺度上晶體幾何模型相融合的模擬方法為探究材料在塑性變形過程中的行為機(jī)制以及晶體材料優(yōu)化開辟了新途徑。本案例演示在CAD軟件內(nèi)通過Voronoi建立晶體三維模型，并將模型導(dǎo)入到Abaqus CAE內(nèi)，完成晶體材料的有限元建模。

這個判斷非常重要，因?yàn)樗嵝盐覀儯涸?HCP 鎂合金里，單純盯著“硬化參數(shù)”往往是不夠的，織構(gòu)和重取向本身就是塑性響應(yīng)的重要組成部分。第四，作者還加入了一個各向同性 accommodation 項(xiàng)，用來描述晶界附近非晶體學(xué)協(xié)調(diào)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(nèi)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(xié)調(diào)的。

在Abaqus中，可以通過設(shè)置二者交界面處的牽引分離本構(gòu)模型來模擬這種關(guān)系。例如，基于Abaqus的三種鋼筋混凝土梁數(shù)值模擬對比研究表明，將鋼筋通過實(shí)體單元建模，并在實(shí)體鋼筋和混凝土梁連接界面設(shè)置相應(yīng)粘結(jié)本構(gòu)，可以更真實(shí)地模擬鋼筋混凝土梁內(nèi)部的實(shí)際受力狀態(tài)。2.2 損傷塑性模型Abaqus中的混凝土損傷塑性（CDP）模型能夠描述材料在循環(huán)加載和動態(tài)加載條件下的力學(xué)響應(yīng)。

在晶體塑性有限元中，首先在Abaqus中建立了單軸拉伸有限元模型如圖1所示，材料被建模為包含大量晶粒的集合體如圖2所示，每個晶粒都有其特定的晶體取向，并且每個晶粒的變形過程均考慮了滑移和孿晶的變形機(jī)制。

Segurado教授曾在自己的著作（Computational Homogenization of Polycrystals）中表示，這樣將導(dǎo)致晶界呈階梯狀表面，不適合于模擬局限于晶界的現(xiàn)象，如晶界滑動。 Damask2.0.3聯(lián)合abaqus運(yùn)行需要3個必要文件，abaqus_v6.env，*.inp和material.config。

1.2.總體功能本插件涵蓋SHPB仿真全流程，建模除了包含撞擊桿-入射桿-透射桿和圓柱試樣外，還包含整形片和吸收桿，示例材料包含鋼材、鋁合金、銅，部分本構(gòu)參數(shù)包含金屬線彈性、J-C塑性和J-C損傷、韌性損傷等，能輸出入射桿、透射桿件中間點(diǎn)位置的（工程）名義應(yīng)變、真實(shí)應(yīng)變、真實(shí)應(yīng)力的時域曲線，主要功能如下：①建模包含撞擊桿、整形片、入射桿、透射桿、吸收桿；②在插件界面設(shè)置好參數(shù)后，一鍵全流程仿真

本構(gòu)理論分成晶體塑性和再結(jié)晶兩部分，其中晶體塑性部分公式如下：流動方程（經(jīng)典的唯象流動）：硬化方程使用的taylor位錯模型位錯密度的演化使用經(jīng)典的KM方程：再結(jié)晶部分公式包含形核和晶界遷移兩部分，其中形核的理論公式是晶界遷移速度為：整體數(shù)值實(shí)現(xiàn)框架示意圖如下：作者以O(shè)FHC銅為研究對象，對775K和875K的熱壓縮進(jìn)行了研究

對于破壞和失效問題，應(yīng)使用ABAQUS/Explicit進(jìn)行分析，并定義適當(dāng)?shù)氖?zhǔn)則。可根據(jù)場變量STATUS的值隱藏失效單元。23) 模型尺寸和形狀的合理性：在某些情況下，分析無法收斂的原因可能不是建模方法錯誤，而是模型的尺寸或形狀不合理，導(dǎo)致材料流動受阻。24) 警告信息的解讀：使用ABAQUS/Standard進(jìn)行彈塑性分析時，常出現(xiàn)“單元過度扭曲”等警告。

可用于Abaqus晶體塑性有限元、非均質(zhì)晶格、多晶體、三維Voronoi等模型構(gòu)建及研究。 模型說明 插件采用離散(背景網(wǎng)格)Voronoi模型生成，對單元（Element）進(jìn)行集（Set）劃分，實(shí)現(xiàn)二維及三維Voronoi晶格。

用 Abaqus 做焊接/鍵合熱-力耦合的“一鍵批量建模與計(jì)算” - 目錄 - 1.