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在編寫顯式晶體塑性時，經常出現數值震蕩。如果確實發生，結果通常是無界的、非物理的，并且通常以振蕩解為特征。這種問題常出現在晶體塑性本構模型里面！可以將編寫后的顯式程序與原本的隱式結果對比尋找問題。并驗證結果的可靠性。顯式晶體塑性結果展示：應力應變響應軋制織構復現壓縮織構復現拉伸織構復現應力應變響應

在編寫顯式晶體塑性時，經常出現數值震蕩。如果確實發生，結果通常是無界的、非物理的，并且通常以振蕩解為特征。這種問題常出現在晶體塑性本構模型里面！可以將編寫后的顯式程序與原本的隱式結果對比尋找問題。并驗證結果的可靠性。顯式晶體塑性結果展示：應力應變響應軋制織構復現壓縮織構復現拉伸織構復現應力應變響應

開展單軸拉伸，UMAT采用隱式分析，VUMAT采用顯式分析。圖 1 單軸拉伸多晶有限元模型不同晶粒的材料參數設置如下：圖 2 多晶材料不同取向的設置圖 3 計算完成的截圖單軸拉伸UMAT和VUMAT計算得到的力-位移響應如下。

顯式模擬的顯著優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20萬單元在工程應變30%情況下，多晶變形模擬的結果。其中初始取向隨機，采用質量縮放加快求解效率，模擬采用經典的唯象模型，硬化基于Voce硬化定律（Vpsc應用的硬化）（可以考慮初始的高應變硬化以及后期的低應變硬化）。模擬材料為鎳基高溫合金，參數取自文獻。

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，建立自己的本構子程序并發表論文。利用該本構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是改寫的關鍵。

5%）作者開發的顯式晶體塑性框圖作者使用的是晶體塑性里面經典的PAN模型，材料為316L，晶體塑性參數為：C11 = 205 GPa, C12 = 138 GPa, and C44 = 126 GPa，g0 = 50 MPa; g1 = 330 MPa; h0 = 225 MPa;gamma_dot - 0:001，n=20注意：顯式求解過程涉及大量增量，每個增量都很容易求解

:剪切情況：等效應力分布;累計剪切應變分布:滑移系統當前強度分布:可以看到使用隱式計算結果與顯式計算結果幾乎一致，然而顯式的優勢是顯而易見的，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熱計算，同時忽視局部的熱傳導，準靜態加載速率下的泰勒-昆尼系數η為0.0，1000 s加載速率下為0.95?1及以上(塑性功轉化為熱的比例)通過經典的熱激活模型，將溫度效應引入流動方程，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，即考慮了位錯的產生和湮滅，以及湮滅半徑與溫度的關系。

這篇文章對我們的啟發在于：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框架，用于研究真實工程結構中的局部變形、吸能和織構演化。對于高溫合金、鋁合金薄壁件、微尺度構件等問題，如果材料存在明顯織構或晶粒尺度效應，將晶體塑性與結構有限元耦合，能夠提供比傳統本構更豐富的物理信息。

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造對于一般學者顯然難度過高，一個簡單的想法就是直接將現成的黃永剛隱式程序改成顯式。abaqus里這是可以實現的。

推薦該文章的另一個原因是本文使用的晶體塑性本構是基于顯示的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,

（五） (qq.com)，闞前華老師的《非線性 本構關系在ABAQUS中的實現》（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果對比 (qq.com)相關案例模型（1）單晶Cu：FCC_SingleCrystal.inp（2）多晶Cu：FCC_Polycrystals.inp網盤鏈接

傳統室溫本構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據進行擬合，很難真正解釋“溫度如何影響晶體滑移和多晶塑性響應”。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。

subroutine vumat(nblock, ndir, nshr, nstatev, nfieldv, nprops, * lanneal, steptime, totaltime, dt, cmname, coordmp, charlength, * props, density, straininc, relspininc, tempold, stretchold

在晶體塑性問題中，變形由多個屈服面定義，這些屈服面不平滑相交，屈服函數的數量取決于晶體中滑移系的數量。

它在材料測試和產品制造中扮演著重要的角色，為各行業提供高效、經濟的解決方案結合之前推文介紹的Hill48模型，mises模型與典型單晶取向的晶體塑性模型對杯沖進行簡單模擬，其中晶體塑性使用huang顯式Vumat程序，一方面可以介觀尺度特征對宏觀響應的影響（缺陷，制耳等），另一方面可以追蹤宏觀工藝參數（沖壓速度，摩擦力等）對微觀結構（取向，孿晶演化，位錯移動）的影響微杯沖幾何模型如圖所示

并將返回值給予對應的變量，如下：常用于獲取的變量如：S：所有的應力分量MISES:mises等效應力TRIAX:應力三軸度LODE:洛德角參數PEEQ:等效塑性應變SDEG:折減剛度系數TEMP:積分點溫度需要注意的是：（1）該子函數不能應用于獲取用戶定義的狀態變量。

結合作者的理論（尤其是分段線性化和應力驅動的求解思路）我們可以把獨立的vpsc子程序編寫進abaqus里面，為了避免復雜的雅可比推導，以及適用各種復雜的變形工況，推薦使用abaqus的顯式求解器，即vumat程序以下展示一個使用vpsc-鎂合金本構模型，模擬包含1個單元，單元包好100個晶粒在RD方向壓縮20%的模擬效果（原始模型參數取自vpsc官方案例,為了減少計算時間使用高應變率進行計算，

方形光斑經VDLOAD顯式和DLOAD隱式沖擊下對比 米塞斯應力：顯式更加均勻，無應力集中產生，隱式計算結果頂點處產生應力集中 等效塑性變形：顯式計算得到的結果相比隱式更加均勻 位移比較，無明顯區別 方形實際沖擊過程并不會出現頂點的應力集中現象，模擬與網格相關，網格大小盡量能被程序所定義的約束坐標值整除。