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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。

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。

晶體塑性有限元仿真入門(5)—歐拉角與晶體取向.pdf晶體塑性有限元仿真入門(5)—歐拉角與晶體取向 備注：網頁排版有亂碼，建議下載附件pdf查看晶體取向是材料學科中的重要分支，當晶粒發生擇優取向時，則導致材料性能（力學，物理和化學性能）的各向異性。

圖8 274個晶粒的初始織構(0~180°隨機織構)建立完模型后對第一增量步的晶體取向(初始取向)進行驗證，如圖9所示，說明有限元模型被正確的賦予了這些隨機取向，并驗證了取向計算程序的正確。圖9 建立模型后對第一步晶體取向的驗證塑性變形邊界條件Abaqus構建有限元模型關鍵步驟如圖10所示。

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制。

Homogenization部分用于選擇所采用的均勻化法則；Crystallite部分用于輸出與所選本構關系無關的晶體學量；Phase部分用于選擇材料的本構關系，包括材料參數的輸入和與所選本構關系相關的晶體學量的輸出；Texture部分用于指定晶粒的取向；Microstructure部分表示材料所采用的微觀組織，主要包括每個晶粒的crystallite，phase和texture。

黃永剛院士編寫的單晶晶體塑性UMAT，主要用于在Abaqus有限元仿真中進行單晶及多晶晶體塑性變形的計算，是許多科研工作者學習晶體塑性模擬的教學資源。可以在其基礎上對硬化模型進行修改，甚至引入損傷。UMAT主要應用于隱式分析，而對于大變形接觸問題，隱式分析往往計算效率較低。

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。

在磨損過程中，與滾動體接觸的氮化鋁晶粒受到往復的交變接觸應力會導致B2鍵先發生斷裂，隨后B1鍵再斷裂，當圍繞某一氮化鋁晶粒周圍的共價鍵全部斷裂時，此氮化鋁晶粒脫落。脫落的晶粒參與磨損會擠壓碰撞涂層表面，也會使材料共價鍵的斷裂，從而造成涂層的破碎。圖9 氮化鋁晶體結構 由圖10可知，單元A在0.009～0.022s時，應力在3MPa到18MPa之間，在0.023s時應力開始攀升。

目前有限元仿真可以對沿晶應力腐蝕的過程做出仿真。首先需要確定所有晶粒之間的邊界，從而進一步在仿真中得到發生應力腐蝕開裂的路徑。如下圖所示找出了所有的晶體邊界。 圖3 開裂路徑的設置 應力腐蝕過程存在著三個階段：潛伏階段、裂紋萌生階段以及裂紋傳播階段。在潛伏階段中，晶體微結構受到應力作用和晶間腐蝕作用的影響，但是并沒有裂紋生成。

晶體塑性有限元仿真入門(2)--BCC、FCC、HCP晶格材料以及多相材料的有限元模擬這篇文章講解如何使用晶體塑性有限元方法(CPFEM)進行不同晶格材料以及多相材料的變形模擬，CPFEM是基于商業有限元軟件ABAQUS完成的建模，晶體塑性本構模型是使用的開源的UMAT用戶子程序(源碼和inp文件見附件)。

Neper2Abaqus是通過Bunge歐拉角和晶體坐標向量計算全局坐標向量并輸入到abaqus的材料屬性中，此外還需要為inp文件的每個晶界集合創建單獨的截面，以便指派材料屬性，并設置粘聚力模型的材料參數。

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這篇文章講解晶體塑性有限元仿真入門知識，從完全新手的角度出發，一步步講解如何建模，賦予材料和處理仿真結果。首先從一個簡單的彈塑性材料模型例子入手，講解如何進行代表性體積單元的創建。1.

晶體塑性有限元仿真入門(3)--開源代碼平臺EVOCD晶體塑性有限元初學者較為熟知的兩個工具Huang's UMAT以及DAMASK平臺，這篇文章介紹另外一個晶體塑性有限元方法(CPFEM)的開源代碼平臺EVOCD，講解如何使用這些開源代碼進行材料的塑性變形模擬以及模擬變形過程中晶體取向的變化(織構)。圖1 EVOCD的CPFEM流程圖(E.B.

筆者也測試了相應的CPU時間，總的來說相差不大，只是Abaqus voronoi 3D插件需要顯示晶粒顏色(在Abaqus里是set)時需要較長的加載時間。（a）Neper（b）voronoi 3D插件圖4. Neper與voronoi 3D插件生成對比最后在這里，筆者覺得有必要特別強調一下這個多相、雙相晶體模型。

劃分后的晶粒結構應導出為IGES格式文件，并以部件形式導入ABAQUS，進而構建裝配體。 針對模型中的Voronoi晶粒，可賦予差異化的材料屬性。 隨后可進行網格劃分，設置邊界條件，并執行晶體結構的有限元仿真分析。

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

Abaqus 作為有限元分析（FEA）的標桿，擅長處理復雜的邊界條件和幾何接觸。將 VPSC 以 VUMAT（用戶材料子程序） 的形式集成進 Abaqus，能實現“1+1 > 2”的效果，例如宏微觀耦合： 每一個有限元積分點都代表一個多晶集合。有限元計算宏觀應變，VPSC 在微觀層面計算晶體旋轉和硬化，再反饋回宏觀應力。