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關鍵詞：晶體塑性 VPSC織構模擬 復合工藝本期將繼續介紹粘塑性自洽模型(VPSC)在金屬變形過程的應用。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、平面應變、雙向拉伸等)下的宏觀力學性能和微觀結構演化模擬，也可以針對多相金屬(如雙相鋼等)。在結合有限元軟件后，可擴展VPSC模型的模擬范圍，如扭轉、等通道擠壓及壓剪工藝等。

作者：辭殤關鍵詞：VPSC；鈦合金；拉伸壓縮；織構演變粘塑性自恰（VPSC）模型，區別與宏觀本構模型，VPSC模型不僅能夠模擬變形過程中材料宏觀力學性能的演化過程，還可以同時模擬材料內部由于變形引起的織構演化過程，實現宏觀與細觀結合，從而使我們更加深刻地理解材料的變形過程。

VPSC是由加州大學洛斯阿拉莫斯國家實驗室（大學）的董事會與美國能源部聯合開發全稱VISCO-PLASTICSELF-CONSISTENT (VPSC)目前使用的是更新于2012年5月1日的vpsc7d，VPSC 是用 FORTRAN 77 編寫的計算機代碼，用于模擬多晶聚集體的塑性變形。

寫在最后：VPSC8在VPSC7的基礎上改進了許多模型及語法，對多晶體的塑性變形過程模擬更為精確，應用更為廣泛，并且其收斂性更強，更有利于大尺寸材料的塑性變形模擬。相關培訓:粘塑性自洽多晶體塑性模型軟件（VPSC）課程培訓通知歡迎通過公眾號"320科技工作室"聯系我們

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）計算了面心立方（fcc）、體心立方（bcc）金屬材料變形過程，實現了織構演變的模擬，應力預測等。本文將介紹VPSC模擬FCC金屬等通道轉角擠壓(ECAE)工藝。

粘塑性自洽多晶體塑性模型（Visco-plasitic Self Consistant，VPSC）是由美國Los Alamos國家實驗室的C.N. TOME 教授和R.A. Lebensohn教授聯合開發的，最早開發于20世紀90年代初期，后來經過多個版本的升級，現在已經很完善。

運行分析時輸入包含文件如下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）運行時輸出文件1，PCYS.OUT（屈服面信息）2，STR_STR.OUT（應力應變信息）3, TEX_PHn.OUT（變形結束后取向信息）輸入1，具有1944 個方向的基底織構特征取向文件（文件

在新版的粘塑性自洽晶體塑性模型vpsc8.0中，除了常規的本構模型升級之外，軟件作者同時開源一個用于取向分布繪制的軟件POLE8d，筆者發現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，其風格更加簡潔，清晰。對于使用粘塑性自洽模型和晶體塑性模型均可以完成對應的極圖和反極圖繪制。

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

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

熱塑材料黏度模型(Viscosity Model for Thermoplastic) 黏度為流體本質上想抵抗流動的指數。通常小分子之簡易流體 (Simple fluids)，如水、油等，其黏度在常溫下通常為一個常數值，這些流體被通稱為牛頓流體。然而，對熱塑性塑料材料而言，它們的黏度特性非常復雜且常呈現非線性。不若簡易流體，熱塑性材料的黏度性質取決于其化學結構、成分及制造條件。

對不同的晶系的晶體(7大晶系)，因為對稱性的關系，其獨立的彈性常數是確定的。晶系的對稱性越高，獨立的張量元數目越少。六方晶系(HCP)，獨立的張量元數目有5個C11 C12 C13 C33 C44，立方晶系(FCC/BCC)，獨立的張量元數目有3個C11 C12 C44。圖3.3 160組晶體塑性材料參數的彈性部分Props(25-56)是晶體材料的滑移系參數。

其中Le是單元特征長度，Cd是膨脹波速，公式中可以看出Le越大，（單元尺寸越大）穩定時間越大，密度愈大，穩定時間越大（這意味著可以通過質量縮放加快計算時間，需要根據能量評估質量縮放的影響），需要注意的是顯式時間為真實變形時間，因此使用晶體塑性這類粘塑性本構模型顯式求解器并不適用于準靜態分析，計算時間太長，并且人為修正時間會影響本構的響應情況，當利用顯式求解器進行準靜態使用質量縮放是合理的備選方案（保證動能于總能量之比小于

</p><p class="ql-align-justify"><strong>材料模型與材料庫</strong></p><p>常用材料模型庫：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/標準模型等）。</p><p>溫度、輻射、率效應、熱 - 結構耦合下的材料行為（溫度依賴、應變速率依賴）。

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中提供的經過優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力作用時間的影響，隨著時間的增加緩慢變大，變形在應力撤銷后會隨著時間增加而緩慢消失，我們稱這部分變形稱為粘彈性變形。但是當瀝青混合料受力較大時（高于彈性極限和屈服點），因其有很短的受力作用時間，材料會呈現彈性或者兼有一部分粘彈性的性質。而在很長的時間時，材料的變形除了有瞬時彈性變形和粘彈性變形之外，還會有粘塑性變形。部分變形不會在應力撤除之后恢復，我們稱之為塑性變形。

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

這種微觀機制使得聚合物在宏觀上表現出極其復雜的力學特征：強烈的靜水壓敏感性（拉壓屈服不對稱，壓縮屈服強度往往遠高于拉伸）、顯著的粘彈性/粘塑性耦合響應、極低應變率下的頸縮后冷拉（Cold Drawing）現象，以及伴隨微裂紋（Crazing）與剪切帶（Shear Banding）競爭的損傷演化。在構建聚合物材料卡片時，傳統的金屬本構模型完全失效。

Johnson-cook 損傷起始準則是延性損傷準則模型的一個特例，用于預測延性金屬中孔洞的形核、生長和聚結導致的損傷起始。該模型假設損傷開始時的等效塑性應變是應力三軸性和應變率的函數。同時可以考慮溫度的影響。包含的材料參數有：失效相關參數：d1-d5。