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材料模型圖3.1 晶體塑性模型材料參數對照圖BCC晶格材料我們使用論文《基于CPFEM的TA15鈦合金高溫塑性變形研究》里研究的β-Ti，其160組材料參數如下：圖3.2 β-Ti晶體的160組晶體塑性材料參數注意，以上參數中，Props(1-21)是晶體材料的彈性常數，彈性常數的獨立張量元數目至多只有21個。

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

來自華東理工大學機械與動力工程學院的艾鑫團隊，基于Voronoi方法建立了Custom450 鋼拉伸的二維晶體塑性模型，分析了初始硬化模量、參考剪切應變率、應變率敏感系數、初始屈服應力以及飽和流動應力對材料應力——應變曲線的影響，并對晶體塑性參數進行了標定。

而晶體塑性本構模型的參數通常是通過擬合宏觀實驗結果得到的，但是其缺乏亞微米變形機理，所以擬合參數可能不是唯一的，從而降低了CPFE模擬的預測精度。由于MPEAs的微觀結構是多尺度的，如原子空位和晶格畸變、微尺度位錯和中尺度晶粒等，所以需要考慮微尺度的變形機理來獲得精確的晶體塑性本構模型參數，然后開發一種從納米-微-中尺度微觀結構集成的新的模擬方法。

圖8 歐拉角、取向矩陣與彌勒指數之間的聯系 晶體塑性材料模型 晶體塑性材料模型在ABAQUS中作為用戶材料子程序(Huang’s UMAT)實現，取向信息通過inp文件中材料參數部分里的local system和global system實現賦予。

尤其是在溫成形條件下，材料的流動應力、硬化能力、延性、應變率敏感性以及彈性回復都會發生明顯變化。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。

為了應用該模型準確模擬材料的宏觀力學響應，必須確定該模型相關材料參數。作者結合fcc晶體材料滑移系和孿生系的晶體學特征，根據前人對Cu的研究結果，最終得出晶體塑性模型Cu單晶材料參數。建立如圖1所示的Cu單晶CPFE模型。

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。

該pdf主要介紹常見的幾類唯象的硬化模型相關程序：（1）原始程序可參考文檔一（2）huang_umat_97對應于97版本修改后的子程序（3）考慮孿晶效應的本構模型參考HCP材料多晶滑移系統與Miller指數 (qq.com)，晶體塑性每日文章推薦（六） (qq.com)（4）位錯密度模型參考晶體塑性每日文章推薦（三） (qq.com)（5）疲勞模型參考晶體塑性每日文章推薦

對于晶體塑性這種復雜的本構模型，該方法被證明是穩健的，但計算時間成本要高于迭代方案（可以通過多核并行質量縮放等提高計算速度）感興趣的可以閱讀詳細的相關子程序及子程序介紹：這里展示使用該程序進行計算的案例：包含200個晶粒的二維模型，施加周期性邊界條件，并沿著X方向進行5%的拉伸變形模擬，初始取向隨機，材料參數使用教材中提供的材料參數模擬得到的結果如下所示：應力分布云圖：

(2)位錯密度模型（SCCE-D）：二，研究FCC-Cu和BCC-Fe兩種材料，基于特定方向擬合兩組本構方程得到最適合的材料參數，并應用于不同取向單晶變形行為預測,發現基于位錯密度的模型預測結果更接近于實驗結果擬合圖（Cu）：預測圖：擬合圖（Fe）預測圖三，作者使用RVE比較了基于單晶擬合獲得的參數在多晶預測結果的情況

理論部分（基于亞彈性框架）：晶體塑性對應的流動方程（冪律流動）晶體塑性對應的硬化方程（Voce硬化）對于鋯合金考慮了基面，柱面，錐面滑移，對應的材料參數為損傷基于udmgini子程序經進行編寫，用于確定裂紋萌生位置，并根據能量準則確定裂紋擴展情況程序框架為：基于ebsd的實驗建模四類準則對應的數值模擬結果如下：不考慮xfem

損傷的發展可以公式化為:公式中分母表示單元失效對應的Johnson-cook等效塑性應變，公式為：分子表示為等效塑性應變增量，公式為：公式中可以看到，損傷隨著塑性應變的增大不斷累積，直至材料的失效，通過損傷變量進一步與晶體材料的屈服面或者彈性性能的退化可以實現材料彈-塑-損傷的耦合模擬，當不對其進行耦合時，可以用來判斷材料的失效狀態與相關參數的關系。

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.

作者關于尺寸相關的晶體塑性模型的主要改進思路為：本構模型基于經典的亞彈性本構框架：其中流動方程為：硬化方程為：晶粒尺寸形態相關參數的引入：概念的引入：晶粒A滑移會導致相鄰晶粒晶界附近的應力上升，其上升程度與晶內區域距離晶界距離有關，由于晶粒之間的取向差，晶界處的應力分布受到影響。

由此確定楊氏模量和泊松比：NbC對應的力學性能為：根據得到NbC的硬度以及硬度和屈服應力的關系，得到NbC的屈服強度，在后續分析時認為NbC為理想彈塑性材料，根據標定的本構參數分別模擬了基體和NbC對應的納米壓痕結果：其研究結果表明基于第一性原理計算得到的彈性性能與納米壓痕實驗具有良好的一致性晶體取向對荷載-位移曲線的影響有限

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。

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。