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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(kāi)動(dòng)和相互作用、以及變形過(guò)程中的硬化效應(yīng)。它主要用于分析和預(yù)測(cè)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。

拉伸變形結(jié)束后的累計(jì)剪切滑移結(jié)果：拉伸變形結(jié)束后的統(tǒng)計(jì)儲(chǔ)存位錯(cuò)密度分布結(jié)果：拉伸變形結(jié)束后的幾何必須位錯(cuò)密度分布結(jié)果：

? 基于Prisms晶體塑性軟件FCC材料拉伸壓縮軋制的織構(gòu)演化 案例實(shí)操 1，基于dream3d管道生成長(zhǎng)寬高為32*32*32的多晶模型，共包含322個(gè)晶粒 2，對(duì)于fcc，bcc材料分別施加工程應(yīng)變?yōu)?0%的拉伸和壓縮載荷 3，得到材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線和變形后的取向分布情況 材料的初始取向分布 初始的晶體幾何模型 拉伸變形后材料的等效應(yīng)力分情況

而研究微細(xì)觀尺度的變形不均勻性是新材料開(kāi)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。

基于密西西比州立大學(xué)晶體塑性模型預(yù)測(cè)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(kāi)源代碼，可免費(fèi)獲得，并且同時(shí)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

參考文獻(xiàn)《Large-deformation crystal plasticity simulation of microstructure and microtexture evolution through adaptive remeshing》在我們進(jìn)行大變形晶體塑性時(shí)，做到后期，最常見(jiàn)的“翻車點(diǎn)”不是本構(gòu)收斂性問(wèn)題，而是網(wǎng)格畸變：?jiǎn)卧粔罕?#x2F;拉長(zhǎng)后，數(shù)值誤差會(huì)明顯放大，輕則結(jié)果不準(zhǔn)，

顯式模擬的顯著優(yōu)勢(shì)就是在大變形接觸方面，通過(guò)大變形測(cè)試顯式晶體塑性計(jì)算效率。共包含兩個(gè)案例。案例一：包含1000個(gè)晶粒20萬(wàn)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(jī)，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(xiàn)。

5，后處理與結(jié)果展示（默認(rèn)圖片中單晶取向與表順序相同）不同取向單晶拉伸的應(yīng)力分布云圖不同取向單晶的累計(jì)塑性應(yīng)變分布云圖不同取向單晶拉伸過(guò)程中應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)同取向單晶拉伸過(guò)程中取向演化（紅色為初始取向，藍(lán)色為變形后的取向）立方取向單晶織構(gòu)演化旋轉(zhuǎn)立方取向單晶織構(gòu)演化銅型取向單晶織構(gòu)演化黃銅取向單晶織構(gòu)演化戈斯取向單晶織構(gòu)演化

為了能夠精確描述孿晶激活演化及其與位錯(cuò)交互作用對(duì)宏觀塑性行為的影響，來(lái)自于天津理工大學(xué)的郭祥如和申俊杰兩人基于晶體塑性理論建立描述孿晶形核、增殖和長(zhǎng)大的位錯(cuò)密度基晶體塑性本構(gòu)模型，揭示了不同晶體取向Cu單晶拉伸變形過(guò)程中位錯(cuò)滑移、孿生激活及其交互作用下的宏觀塑性行為演化規(guī)律，進(jìn)一步分析了Cu多晶拉伸變形過(guò)程中晶粒間交互作用對(duì)孿生軟化、應(yīng)變硬化等宏觀塑性行為的影響。

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(duì)這一問(wèn)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。

10%工程應(yīng)變的拉伸變形，其中等效應(yīng)力，累計(jì)剪切應(yīng)變?yōu)閷?duì)比指標(biāo)，結(jié)果如下：等效應(yīng)力分布：累計(jì)剪切應(yīng)變分布：案例二：顯式與隱式多晶的簡(jiǎn)單壓縮對(duì)比（包含30個(gè)晶粒）（顯式開(kāi)啟了質(zhì)量縮放）使用位移邊界條件，沿著X方向施加10%工程應(yīng)變的拉伸變形，其中等效應(yīng)力，累計(jì)剪切應(yīng)變以及滑移系統(tǒng)的當(dāng)前強(qiáng)度為對(duì)比指標(biāo)，結(jié)果如下：等效應(yīng)力分布：累計(jì)剪切應(yīng)變分布

平面（厚度方向一層單元）（2）ebsd沿著厚度Z方向進(jìn)行伸長(zhǎng)（多層單元柱狀晶）（3）隨機(jī)擠壓生合成的三維虛擬RVE（4）根據(jù)FIB后的的三維真實(shí)的晶體模型在簡(jiǎn)單拉伸過(guò)程中的差異，為不同目的的晶體的建模提供了良好的指導(dǎo)作者的研究思路第一步：根據(jù)實(shí)驗(yàn)獲得二維的ebsd和三維的分層ebsd，根據(jù)結(jié)果，使用dream 3d軟件進(jìn)行模型重構(gòu),并施加簡(jiǎn)單拉伸的變形條件

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(jìn)行單晶及多晶晶體塑性變形的計(jì)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(duì)硬化模型進(jìn)行修改，甚至引入損傷。UMAT主要應(yīng)用于隱式分析，而對(duì)于大變形接觸問(wèn)題，隱式分析往往計(jì)算效率較低。

而后采用CPFE模擬方法，研究了單晶和多晶Al0.1FeCoCrNi MPEAs在單軸拉伸作用下的準(zhǔn)靜態(tài)變形，探討了其在中尺度的變形行為。

文章還指出，拉伸織構(gòu)和壓縮織構(gòu)在不同壓潰模式下表現(xiàn)出不同的吸能優(yōu)勢(shì)，這說(shuō)明“材料制造歷史”并不是可以忽略的背景信息，而是可能影響結(jié)構(gòu)服役性能的重要因素。這篇文章對(duì)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(dòng)力學(xué)框架，用于研究真實(shí)工程結(jié)構(gòu)中的局部變形、吸能和織構(gòu)演化。

RAND1944.TEX）2，考慮IJP文章選擇合理的材料參數(shù)，本案例共有3組滑移系（分別是Prismatic，Basal，Pyramidal 〈c + a〉，）+一個(gè)拉伸孿晶系統(tǒng)（拉伸孿晶系統(tǒng)）材料參數(shù)如圖所示：一，拉伸變形模擬（50%Z方向拉伸）（affine方法）晶粒初始取向分布變形結(jié)束后晶體取向分布拉伸過(guò)程中滑移系開(kāi)動(dòng)情況二

<p>如下圖所示，這是筆者自己做的彈塑性拉伸變形模型，采用ls-prepost建模，ls-dyna做求解器。

基于黃umat探究Mg-Cu雙相材料簡(jiǎn)單拉伸下的變形行為 案例實(shí)操 1，建立包含500個(gè)晶粒的多晶模型，模型尺寸0.6*0.3*0.05（mm） 2，對(duì)晶粒編號(hào)1-250賦予Cu的屬性（參數(shù)來(lái)自于黃畢業(yè)論文）251-500賦予AZ31材料的屬性，考慮三組滑移系和一組拉伸孿晶系 3，X0方向固定，施加X(jué)1方向的25%工程應(yīng)變的單向拉伸載荷 4，指定對(duì)應(yīng)的單元類型