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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(jìn)行不同晶格材料以及多相材料的變形模擬，CPFEM是基于商業(yè)有限元軟件ABAQUS完成的建模，晶體塑性本構(gòu)模型是使用的開源的UMAT用戶子程序(源碼和inp文件見附件)。

在細(xì)觀尺度上，晶體塑性有限元(CPFE)方法可以考慮相變、位錯(cuò)滑移和變形孿生等多種細(xì)觀變形機(jī)制，在描述基于微觀結(jié)構(gòu)演化的材料塑性行為方面具有明顯的優(yōu)勢。而晶體塑性本構(gòu)模型的參數(shù)通常是通過擬合宏觀實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到的，但是其缺乏亞微米變形機(jī)理，所以擬合參數(shù)可能不是唯一的，從而降低了CPFE模擬的預(yù)測精度。

晶體塑性有限元仿真入門(5)—?dú)W拉角與晶體取向.pdf晶體塑性有限元仿真入門(5)—?dú)W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(shí)，則導(dǎo)致材料性能（力學(xué)，物理和化學(xué)性能）的各向異性。

理論部分（基于亞彈性框架）：晶體塑性對應(yīng)的流動(dòng)方程（冪律流動(dòng)）晶體塑性對應(yīng)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(yīng)的材料參數(shù)為損傷基于udmgini子程序經(jīng)進(jìn)行編寫，用于確定裂紋萌生位置，并根據(jù)能量準(zhǔn)則確定裂紋擴(kuò)展情況程序框架為：基于ebsd的實(shí)驗(yàn)建模四類準(zhǔn)則對應(yīng)的數(shù)值模擬結(jié)果如下：不考慮xfem

該pdf主要介紹常見的幾類唯象的硬化模型相關(guān)程序：（1）原始程序可參考文檔一（2）huang_umat_97對應(yīng)于97版本修改后的子程序（3）考慮孿晶效應(yīng)的本構(gòu)模型參考HCP材料多晶滑移系統(tǒng)與Miller指數(shù) (qq.com)，晶體塑性每日文章推薦（六） (qq.com)（4）位錯(cuò)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

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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)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(gè)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。

5%）作者開發(fā)的顯式晶體塑性框圖作者使用的是晶體塑性里面經(jīng)典的PAN模型，材料為316L，晶體塑性參數(shù)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(gè)增量都很容易求解

而研究微細(xì)觀尺度的變形不均勻性是新材料開發(fā)及優(yōu)選的重要準(zhǔn)則，晶體塑性有限元方法將晶體塑性理論和有限元軟件進(jìn)行了恰當(dāng)?shù)娜诤希蔀檠芯考?xì)觀層次塑性變形行為的強(qiáng)有力工具。

作者：辭殤關(guān)鍵詞：CPFEM；鈦合金；單軸拉伸；織構(gòu)極圖；孿晶晶體塑性有限元是一種結(jié)合了晶體塑性理論和有限元方法的數(shù)值模擬技術(shù)?。這種方法考慮了晶體材料的各向異性、滑移系統(tǒng)的開動(dòng)和相互作用、以及變形過程中的硬化效應(yīng)。它主要用于分析和預(yù)測晶體材料的塑性變形行為，特別是在微觀尺度上的變形機(jī)制。

1 上一版本完整功能介紹：Voronoi晶體插件-6.0版本[新功能介紹]晶體塑性有限元 Abaqus 三維泰森多邊形（voronoi模型）插件 V6.02 新增功能模塊 7.0版本新增功能模塊包括：柱狀晶體模塊和分層晶體模塊。

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

8.0版本介紹：晶體塑性有限元 Abaqus 三維泰森多邊形（voronoi模型）插件 V8.09.0相比于8.0增添三項(xiàng)功能如下：1.

我們可以將我之前推文提到的umat-taylor模型轉(zhuǎn)化為vumat子程序，進(jìn)一步使用晶體塑性模型模擬大變形結(jié)構(gòu)尺度材料變形行為。案例展示如下：初始模型參考文章的設(shè)置（上下兩層鋼板，中間為薄殼結(jié)構(gòu)）：使用通用接觸，摩擦系數(shù)設(shè)置為0.5，共4000個(gè)單元，每個(gè)單元包含50個(gè)具有不同初始取向晶粒。共20萬晶粒。邊界條件設(shè)置為下端鋼板固定，上端下壓。

推薦該文章的另一個(gè)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(xì)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?zèng)_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,

這個(gè)思想非常適合和晶體塑性模型結(jié)合，因?yàn)?em>晶體塑性本來就是逐滑移系計(jì)算的。在作者的模型中，晶界通透性可以進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為晶界障礙應(yīng)力。通透性越高，障礙應(yīng)力越小；通透性越低，障礙應(yīng)力越大。這樣一來，晶界對塑性滑移的影響就可以直接進(jìn)入滑移率方程：只有當(dāng)有效分切應(yīng)力足夠克服晶界障礙時(shí)，晶界附近的滑移才能繼續(xù)發(fā)展。這篇文章的另一個(gè)重要部分是位錯(cuò)重分配。

Damask2.0.3版本是最后一個(gè)和Abaqus有接口的版本，在Damask2.0.3的官網(wǎng)中已經(jīng)進(jìn)行了聲明，目前最新的版本已經(jīng)不支持和Abaqus聯(lián)合使用。但是Damask和abaqus聯(lián)合使用仍然是學(xué)習(xí)晶體塑性有限元方法不錯(cuò)的工具。我曾使用過Abaqus聯(lián)合damask平臺(tái)，這里我對使用過程中個(gè)人的一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行簡單的介紹，希望各位讀者在研究過程中少一些技術(shù)上的障礙。