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在編寫顯式晶體塑性時，經(jīng)常出現(xiàn)數(shù)值震蕩。如果確實發(fā)生，結(jié)果通常是無界的、非物理的，并且通常以振蕩解為特征。這種問題常出現(xiàn)在晶體塑性本構(gòu)模型里面！可以將編寫后的顯式程序與原本的隱式結(jié)果對比尋找問題。并驗證結(jié)果的可靠性。顯式晶體塑性結(jié)果展示：應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)軋制織構(gòu)復(fù)現(xiàn)壓縮織構(gòu)復(fù)現(xiàn)拉伸織構(gòu)復(fù)現(xiàn)應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)

顯式模擬的顯著優(yōu)勢就是在大變形接觸方面，通過大變形測試顯式晶體塑性計算效率。共包含兩個案例。案例一：包含1000個晶粒20萬單元在工程應(yīng)變30%情況下，多晶變形模擬的結(jié)果。其中初始取向隨機，采用質(zhì)量縮放加快求解效率，模擬采用經(jīng)典的唯象模型，硬化基于Voce硬化定律（Vpsc應(yīng)用的硬化）（可以考慮初始的高應(yīng)變硬化以及后期的低應(yīng)變硬化）。模擬材料為鎳基高溫合金，參數(shù)取自文獻。

在編寫顯式晶體塑性時，經(jīng)常出現(xiàn)數(shù)值震蕩。如果確實發(fā)生，結(jié)果通常是無界的、非物理的，并且通常以振蕩解為特征。這種問題常出現(xiàn)在晶體塑性本構(gòu)模型里面！可以將編寫后的顯式程序與原本的隱式結(jié)果對比尋找問題。并驗證結(jié)果的可靠性。顯式晶體塑性結(jié)果展示：應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)軋制織構(gòu)復(fù)現(xiàn)壓縮織構(gòu)復(fù)現(xiàn)拉伸織構(gòu)復(fù)現(xiàn)應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)

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(xué)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(gòu))。圖1 EVOCD的CPFEM流程圖(E.B.

在包括剛體的接觸分析中，使用隱式代碼的運行時間短于顯式代碼，同時顯式可以處理近似率無關(guān)情況，隱式則難以計算，顯式對于多核的處理效率的提升顯著高于隱式通過文獻的思路可以實現(xiàn)將黃隱式程序通過接口文件轉(zhuǎn)化為顯式的vumat子程序，單晶與多晶對應(yīng)的案例如下（參數(shù)均為原始的Cu參數(shù)）：案例一：顯式與隱式單晶含圓孔薄板的簡單拉伸對比（顯式開啟了質(zhì)量縮放）使用位移邊界條件，沿著X方向施加

:剪切情況：等效應(yīng)力分布;累計剪切應(yīng)變分布:滑移系統(tǒng)當(dāng)前強度分布:可以看到使用隱式計算結(jié)果與顯式計算結(jié)果幾乎一致，然而顯式的優(yōu)勢是顯而易見的，尤其是在模擬高速沖擊以及其他類似的接觸問題模擬多晶沖擊的視頻效果如下（隱式計算無法收斂，而顯式可以輕松完成）模擬效果可以在公眾號查看

溫度場通過初始溫度以及塑性產(chǎn)熱計算，同時忽視局部的熱傳導(dǎo)，準靜態(tài)加載速率下的泰勒-昆尼系數(shù)η為0.0，1000 s加載速率下為0.95?1及以上(塑性功轉(zhuǎn)化為熱的比例)通過經(jīng)典的熱激活模型，將溫度效應(yīng)引入流動方程，并考慮溫度對剛度的退化位錯密度模型演化遵循經(jīng)典的KM模型，同時考慮位錯之間的相互作用，即考慮了位錯的產(chǎn)生和湮滅，以及湮滅半徑與溫度的關(guān)系。

黃永剛院士編寫的單晶晶體塑性UMAT，主要用于在Abaqus有限元軟件中進行單晶及多晶晶體塑性變形的計算。許多科研人員通過改寫其晶體塑性UMATs，建立自己的本構(gòu)子程序并發(fā)表論文。利用該本構(gòu)子程序進行材料模擬的研究方向很廣泛，包括但不限于修改材料滑移、孿晶系，修改硬化方程，加入損傷，將隱式分析的UMATs修改為顯式分析的VUMATs等，理解其基本理論并將公式與代碼對應(yīng)是改寫的關(guān)鍵。

（五） (qq.com)，闞前華老師的《非線性 本構(gòu)關(guān)系在ABAQUS中的實現(xiàn)》（6）顯式模型參考晶體塑性每日文章推薦（五） (qq.com)，基于接口的huang顯式晶體塑性計算與隱式計算結(jié)果對比 (qq.com)相關(guān)案例模型（1）單晶Cu：FCC_SingleCrystal.inp（2）多晶Cu：FCC_Polycrystals.inp網(wǎng)盤鏈接

傳統(tǒng)室溫本構(gòu)模型通常需要依賴大量不同溫度、不同加載路徑下的實驗數(shù)據(jù)進行擬合，很難真正解釋“溫度如何影響晶體滑移和多晶塑性響應(yīng)”。Cyr 等人針對這一問題提出了一個三維熱-彈-黏塑性晶體塑性模型，即 TEV 模型，用于描述 FCC 多晶材料，特別是 AA5754 鋁合金在升溫條件下的力學(xué)行為。該模型的核心思想是：材料變形不僅包含彈性變形和晶體塑性滑移，還需要顯式考慮熱膨脹變形。

這篇文章對我們的啟發(fā)在于：晶體塑性并不只能用于單晶拉伸、RVE 或微觀變形分析，也可以嵌入顯式動力學(xué)框架，用于研究真實工程結(jié)構(gòu)中的局部變形、吸能和織構(gòu)演化。對于高溫合金、鋁合金薄壁件、微尺度構(gòu)件等問題，如果材料存在明顯織構(gòu)或晶粒尺度效應(yīng)，將晶體塑性與結(jié)構(gòu)有限元耦合，能夠提供比傳統(tǒng)本構(gòu)更豐富的物理信息。

方形光斑經(jīng)VDLOAD顯式和DLOAD隱式?jīng)_擊下對比 米塞斯應(yīng)力：顯式更加均勻，無應(yīng)力集中產(chǎn)生，隱式計算結(jié)果頂點處產(chǎn)生應(yīng)力集中 等效塑性變形：顯式計算得到的結(jié)果相比隱式更加均勻 位移比較，無明顯區(qū)別 方形實際沖擊過程并不會出現(xiàn)頂點的應(yīng)力集中現(xiàn)象，模擬與網(wǎng)格相關(guān)，網(wǎng)格大小盡量能被程序所定義的約束坐標值整除。

各向同性硬化von Mises率無關(guān)彈塑性本構(gòu)理論以及umat源代碼1 本構(gòu)理論1.1 率形式對于各向同性線彈性材料，其本構(gòu)方程為：式中假設(shè)了應(yīng)變張量可以分解為彈性應(yīng)變和塑性應(yīng)變兩部分：因此塑性本構(gòu)的關(guān)鍵在于計算塑性應(yīng)變的演化。

推薦該文章的另一個原因是本文使用的晶體塑性本構(gòu)是基于顯示的vumat程序，并且在教科書中具有完整而詳細的介紹，適合需要用到顯式晶體塑性分析的研究人員（涉及接觸，損傷，高速沖擊問題的研究）該教科書的英文版名字是：《[Nonlinear Finite Elements for Continua and Structures, 2nd Edition] - Ted Belytschko,

Park和后來的 TJR Hughes提出采用顯式或隱式、顯式-多重顯式時間積分以及帶阻尼控制的隱式時間積分來解決非線性結(jié)構(gòu)變形和結(jié)構(gòu)動力學(xué)問題。結(jié)果表明，顯式時間積分技術(shù)使有限元技術(shù)成為乘用車設(shè)計和耐撞性分析的主要工具。 到20世紀80年代末，在美國的三大汽車制造商中有數(shù)千個工作站運行顯式的基于時間集成的FEM代碼。

一些顯式動力學(xué)代碼允許使用高階單元，但它們的求解時間可能會更長，主要是因為由此產(chǎn)生的時間步長會小很多。 b. 避免由退化的六面體創(chuàng)建的四面體單元。這些單元類型非常不準確。大多數(shù)顯式動力學(xué)代碼都有更準確的四面體單元類型，例如在LS-Dyna中ELFORM=10或13。泰勒桿沖擊模型的四面體網(wǎng)格和全六面體網(wǎng)格的比較如圖1所示。

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(xué)習(xí)晶體塑性模擬的教學(xué)資源。可以在其基礎(chǔ)上對硬化模型進行修改，甚至引入損傷。UMAT主要應(yīng)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。

黃永剛原始晶體塑性具有良好的收斂性，以及高效的計算效率，在一般變形下無需修改，即可直接使用。然而一些特殊的工況，如切削，軋制，沖壓等隱式存在收斂性問題。因此通常使用顯示程序進行計算。但從頭完成顯式晶體塑性構(gòu)造對于一般學(xué)者顯然難度過高，一個簡單的想法就是直接將現(xiàn)成的黃永剛隱式程序改成顯式。abaqus里這是可以實現(xiàn)的。

基于密西西比州立大學(xué)晶體塑性模型預(yù)測不同變形下織構(gòu)演化官方使用原始案例案例一，單向壓縮75%（FCC）加載條件織構(gòu)演化結(jié)果1， 案例二，單向拉伸75%（FCC）加載條件織構(gòu)演化結(jié)果密西西比州立大學(xué)晶體塑性有限元代碼和黃永剛院士的程序一樣，均是開源代碼，可免費獲得，并且同時可以考慮FCC，BCC，HCP的滑移和孿晶變形，有著廣泛的應(yīng)用，目前該代碼已經(jīng)集成到

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(wǎng)頁排版有亂碼，建議下載附件pdf查看晶體取向是材料學(xué)科中的重要分支，當(dāng)晶粒發(fā)生擇優(yōu)取向時，則導(dǎo)致材料性能（力學(xué)，物理和化學(xué)性能）的各向異性。