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關(guān)鍵詞：晶體塑性 VPSC織構(gòu)模擬 復(fù)合工藝本期將繼續(xù)介紹粘塑性自洽模型(VPSC)在金屬變形過(guò)程的應(yīng)用。VPSC適用于各種金屬材料(如鋁合金、鋼材、鎂合金)，各種加載方式(如單向拉伸、單向壓縮、剪切、平面應(yīng)變、雙向拉伸等)下的宏觀力學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu)演化模擬，也可以針對(duì)多相金屬(如雙相鋼等)。在結(jié)合有限元軟件后，可擴(kuò)展VPSC模型的模擬范圍，如扭轉(zhuǎn)、等通道擠壓及壓剪工藝等。

作者：辭殤關(guān)鍵詞：VPSC；鈦合金；拉伸壓縮；織構(gòu)演變粘塑性自恰（VPSC）模型，區(qū)別與宏觀本構(gòu)模型，VPSC模型不僅能夠模擬變形過(guò)程中材料宏觀力學(xué)性能的演化過(guò)程，還可以同時(shí)模擬材料內(nèi)部由于變形引起的織構(gòu)演化過(guò)程，實(shí)現(xiàn)宏觀與細(xì)觀結(jié)合，從而使我們更加深刻地理解材料的變形過(guò)程。

它模擬了骨料在外部應(yīng)變和應(yīng)力作用下的塑性變形。VPSC 基于滑移和孿晶的物理剪切機(jī)制，并考慮了晶粒相互作用效應(yīng)。除了提供宏觀應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)外，它還解釋了單個(gè)晶粒的硬化、重新定向和形狀變化。因此，它預(yù)測(cè)了與塑性成形相關(guān)的硬化和織構(gòu)的演變。模擬程序可應(yīng)用于金屬、金屬間化合物和地質(zhì)聚集體的變形。

寫在最后：VPSC8在VPSC7的基礎(chǔ)上改進(jìn)了許多模型及語(yǔ)法，對(duì)多晶體的塑性變形過(guò)程模擬更為精確，應(yīng)用更為廣泛，并且其收斂性更強(qiáng)，更有利于大尺寸材料的塑性變形模擬。相關(guān)培訓(xùn):粘塑性自洽多晶體塑性模型軟件（VPSC）課程培訓(xùn)通知?dú)g迎通過(guò)公眾號(hào)"320科技工作室"聯(lián)系我們

運(yùn)行分析時(shí)輸入包含文件如下1，vpsc.in（主文件）2，TENSIN.3（邊界條件）3，rand1000.tex（初始取向）4，AZ31b.sx（單晶屬性）運(yùn)行時(shí)輸出文件1，PCYS.OUT（屈服面信息）2，STR_STR.OUT（應(yīng)力應(yīng)變信息）3, TEX_PHn.OUT（變形結(jié)束后取向信息）輸入1，具有1944 個(gè)方向的基底織構(gòu)特征取向文件（文件

在之前的推文中我們使用粘塑性自洽多晶體塑性模型（Visco-plasitic Self Consistant，VPSC）計(jì)算了面心立方（fcc）、體心立方（bcc）金屬材料變形過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了織構(gòu)演變的模擬，應(yīng)力預(yù)測(cè)等。本文將介紹VPSC模擬FCC金屬等通道轉(zhuǎn)角擠壓(ECAE)工藝。

粘塑性自洽多晶體塑性模型（Visco-plasitic Self Consistant，VPSC）是由美國(guó)Los Alamos國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的C.N. TOME 教授和R.A. Lebensohn教授聯(lián)合開發(fā)的，最早開發(fā)于20世紀(jì)90年代初期，后來(lái)經(jīng)過(guò)多個(gè)版本的升級(jí)，現(xiàn)在已經(jīng)很完善。

在新版的粘塑性自洽晶體塑性模型vpsc8.0中，除了常規(guī)的本構(gòu)模型升級(jí)之外，軟件作者同時(shí)開源一個(gè)用于取向分布繪制的軟件POLE8d，筆者發(fā)現(xiàn)使用改軟件繪制的極圖和反極圖與aztex，mtex的常用的極圖繪制軟件相比，其風(fēng)格更加簡(jiǎn)潔，清晰。對(duì)于使用粘塑性自洽模型和晶體塑性模型均可以完成對(duì)應(yīng)的極圖和反極圖繪制。

熱塑材料黏度模型(Viscosity Model for Thermoplastic) 黏度為流體本質(zhì)上想抵抗流動(dòng)的指數(shù)。通常小分子之簡(jiǎn)易流體 (Simple fluids)，如水、油等，其黏度在常溫下通常為一個(gè)常數(shù)值，這些流體被通稱為牛頓流體。然而，對(duì)熱塑性塑料材料而言，它們的黏度特性非常復(fù)雜且常呈現(xiàn)非線性。不若簡(jiǎn)易流體，熱塑性材料的黏度性質(zhì)取決于其化學(xué)結(jié)構(gòu)、成分及制造條件。

</p><p class="ql-align-justify"><strong>材料模型與材料庫(kù)</strong></p><p>常用材料模型庫(kù)：線性彈性、各向同性/各向異性彈性、塑性（J2、工程塑性、有限延展）、粘彈性、粘塑性、損傷與斷裂（Cohesive Zone、Maxwell/標(biāo)準(zhǔn)模型等）。</p><p>溫度、輻射、率效應(yīng)、熱 - 結(jié)構(gòu)耦合下的材料行為（溫度依賴、應(yīng)變速率依賴）。

對(duì)不同的晶系的晶體(7大晶系)，因?yàn)閷?duì)稱性的關(guān)系，其獨(dú)立的彈性常數(shù)是確定的。晶系的對(duì)稱性越高，獨(dú)立的張量元數(shù)目越少。六方晶系(HCP)，獨(dú)立的張量元數(shù)目有5個(gè)C11 C12 C13 C33 C44，立方晶系(FCC/BCC)，獨(dú)立的張量元數(shù)目有3個(gè)C11 C12 C44。圖3.3 160組晶體塑性材料參數(shù)的彈性部分Props(25-56)是晶體材料的滑移系參數(shù)。

其中Le是單元特征長(zhǎng)度，Cd是膨脹波速，公式中可以看出Le越大，（單元尺寸越大）穩(wěn)定時(shí)間越大，密度愈大，穩(wěn)定時(shí)間越大（這意味著可以通過(guò)質(zhì)量縮放加快計(jì)算時(shí)間，需要根據(jù)能量評(píng)估質(zhì)量縮放的影響），需要注意的是顯式時(shí)間為真實(shí)變形時(shí)間，因此使用晶體塑性這類粘塑性本構(gòu)模型顯式求解器并不適用于準(zhǔn)靜態(tài)分析，計(jì)算時(shí)間太長(zhǎng)，并且人為修正時(shí)間會(huì)影響本構(gòu)的響應(yīng)情況，當(dāng)利用顯式求解器進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)使用質(zhì)量縮放是合理的備選方案（保證動(dòng)能于總能量之比小于

以FCC軋制軋制模擬為例子（并行過(guò)程織構(gòu)演化以及應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)情況）（二）粘塑性自洽方案（VPSC）VPSC 全稱 Visco Plastic Self Consistent，指的是特定的機(jī)械狀態(tài) (VP) 和使用的方法 (SC)。

Simufact.forming提供了各種材料模型，包括彈塑性、剛塑性、粘塑性、損傷、成型極限等，在Simufact.forming中提供的經(jīng)過(guò)優(yōu)化的有限元求解器完全支持彈塑性耦合分析,可以提供與其他軟件采用的剛塑性或粘塑性模型相同的計(jì)算效率。Simufact.forming還能夠考慮鉚接分析中板與板之間的涂膠層的影響。

而另一部分變形受應(yīng)力作用時(shí)間的影響，隨著時(shí)間的增加緩慢變大，變形在應(yīng)力撤銷后會(huì)隨著時(shí)間增加而緩慢消失，我們稱這部分變形稱為粘彈性變形。但是當(dāng)瀝青混合料受力較大時(shí)（高于彈性極限和屈服點(diǎn)），因其有很短的受力作用時(shí)間，材料會(huì)呈現(xiàn)彈性或者兼有一部分粘彈性的性質(zhì)。而在很長(zhǎng)的時(shí)間時(shí)，材料的變形除了有瞬時(shí)彈性變形和粘彈性變形之外，還會(huì)有粘塑性變形。部分變形不會(huì)在應(yīng)力撤除之后恢復(fù)，我們稱之為塑性變形。

原始文獻(xiàn)：《A multiscale simulation framework of the accumulative roll bonding process accounting for texture evolution》DOI：10.1016/j.msea.2015.02.005在金屬材料研究領(lǐng)域，粘塑性自洽模型（Visco-Plastic Self-Consistent, VPSC

而另一部分變形受應(yīng)力作用時(shí)間的影響，隨著時(shí)間的增加緩慢變大，變形在應(yīng)力撤銷后會(huì)隨著時(shí)間增加而緩慢消失，我們稱這部分變形稱為粘彈性變形。但是當(dāng)瀝青混合料受力較大時(shí)（高于彈性極限和屈服點(diǎn)），因其有很短的受力作用時(shí)間，材料會(huì)呈現(xiàn)彈性或者兼有一部分粘彈性的性質(zhì)。而在很長(zhǎng)的時(shí)間時(shí)，材料的變形除了有瞬時(shí)彈性變形和粘彈性變形之外，還會(huì)有粘塑性變形。部分變形不會(huì)在應(yīng)力撤除之后恢復(fù)，我們稱之為塑性變形。

力學(xué)上通常用不同的“簡(jiǎn)化單元”如彈簧單元（用于描述彈性），阻尼單元（用于描述粘性）和摩擦單元（用于描述塑性）結(jié)合起來(lái)描述這些率相關(guān)或者率無(wú)關(guān)的材料本構(gòu)模型。 例如，彈簧單元和摩擦單元結(jié)合可以用于描述率無(wú)關(guān)塑性，彈簧單元和阻尼單元結(jié)合可以用于描述粘彈性，彈簧單元+阻尼單元+摩擦單元可以用于描述粘塑性（率相關(guān)塑性）。

這種微觀機(jī)制使得聚合物在宏觀上表現(xiàn)出極其復(fù)雜的力學(xué)特征：強(qiáng)烈的靜水壓敏感性（拉壓屈服不對(duì)稱，壓縮屈服強(qiáng)度往往遠(yuǎn)高于拉伸）、顯著的粘彈性/粘塑性耦合響應(yīng)、極低應(yīng)變率下的頸縮后冷拉（Cold Drawing）現(xiàn)象，以及伴隨微裂紋（Crazing）與剪切帶（Shear Banding）競(jìng)爭(zhēng)的損傷演化。在構(gòu)建聚合物材料卡片時(shí)，傳統(tǒng)的金屬本構(gòu)模型完全失效。