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5，后處理與結果展示（默認圖片中單晶取向與表順序相同）不同取向單晶拉伸的應力分布云圖不同取向單晶的累計塑性應變分布云圖不同取向單晶拉伸過程中應力應變響應同取向單晶拉伸過程中取向演化（紅色為初始取向，藍色為變形后的取向）立方取向單晶織構演化旋轉立方取向單晶織構演化銅型取向單晶織構演化黃銅取向單晶織構演化戈斯取向單晶織構演化

這些曲線可用于提取材料的機械性能而在數值表征中，目前最受歡迎的數值方法就是晶體塑性有限元方法因此結合晶體塑性有限元方法和納米壓痕試樣可以很容易模擬不同初始取向的單晶納米壓痕過程的力學響應，分析晶體取向效應。

（原因是位錯密度模型提供了位錯之間更合理的相互作用形式）作者的研究思路一，通過實驗獲得兩種取向的單晶在不同應變率下的流動應力，并發現了單晶變形的流動應力與應變率和取向是強相互影響的二，為了捕捉這種應變率響應，作者在huang經典程序的技術上進行了修改，提出了兩類新的流動和硬化的晶體塑性模型，三類模型分別如下：類型一：經典單晶唯象本構方程

在細觀尺度上，晶體塑性有限元(CPFE)方法可以考慮相變、位錯滑移和變形孿生等多種細觀變形機制，在描述基于微觀結構演化的材料塑性行為方面具有明顯的優勢。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。

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。圖1 Cu單晶拉伸過程的晶體塑性有限元模型示意圖 為了驗證上述CPFE模型的可靠性，圖2給出了Cu單晶沿不同取向拉伸過程的力學響應模擬及實驗結果的對比情況。可以看出，模擬結果與實驗結果吻合良好。

作者分析得到的結論是孔的加入在單晶樣品中引起多軸應力條件，有利于塑性變形并促進孔周圍的各向異性塑性變形。

作者的思想彈塑性問題通常被定義為約束優化問題，旨在尋找給定應變增量的最佳應力張量和內部變量。在這樣的問題中，目標函數是基于最大耗散原理定義的，約束是屈服函數。示意圖和公式為：以塑性變形率方程為切入點：λ為一致性參數在單晶中，整體塑性變形是多個滑移系統上滑移的結果。

文章doi：10.1016/j.ijplas.2009.11.004推薦理由：作者基于Orowan硬化方程提出了考慮基于位錯的晶體塑性模型（SCCE-D）這通過修改傳統的模型中硬化實現，并于廣泛使用的唯象單晶本構模型（SCCE-T）模型進行了對比，通過實驗拉伸曲線的數據值反演得到適合兩種模型的最佳參數，通過兩種模型與實驗中單晶變形進行比較，結果表明，基于位錯的本構模型在單晶變形預測中精度更高

分子動力學（MD）模擬是一種強大的工具，可以研究納米壓痕過程中原子尺度上的材料行為，并深入了解材料的塑性變形。本工作采用單晶鋁作為原材料，旨在為使用MD設計納米壓痕模擬提供指導。

（原因是位錯密度模型提供了位錯之間更合理的相互作用形式）作者的研究思路一，通過實驗獲得兩種取向的單晶在不同應變率下的流動應力，并發現了單晶變形的流動應力與應變率和取向是強相互影響的二，為了捕捉這種應變率響應，作者在huang經典程序的技術上進行了修改，提出了兩類新的流動和硬化的晶體塑性模型，三類模型分別如下：類型一：經典單晶唯象本構方程

HCP晶格材料的變形模擬-單晶體塑性部分考慮滑移和孿晶的變形梯度如圖5.1所示，總的塑性變形梯度來自等式右側的兩項：分別代表由滑移和孿晶對塑性變形梯度的貢獻。與考慮滑移和孿晶的變形相比，滑移為主的塑性變形梯度忽略了孿晶對塑性變形梯度的貢獻，如圖5.2所示。

在文獻中，作者所建立的單晶本構模型參考了HUANGY的單晶體模型的子程序UMAT，此率相關硬化晶體塑性模型需要確定的參數包括初始硬化模量h0、初始屈服應力τ0、參考剪切應變率γ，應變率敏感系數n和飽和流動應力τs，其他參數通過計算和查找文獻獲得。

關鍵詞：循環載荷；Cu單晶，塑性變形，位錯，lammps循環載荷是指在外力作用下，材料或結構經歷周期性應力或應變變化的現象。這種周期性變化通常是由于機械振動、疲勞測試、交變工作環境等因素引起的。循環載荷的大小和方向隨時間呈規律性變化，可以是正弦波、方波或其他形式的波形。循環載荷的影響一般采用應力-應變曲線或疲勞壽命實驗來確定。

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將黃隱式程序通過接口文件轉化為顯式的vumat子程序，單晶與多晶對應的案例如下（參數均為原始的Cu參數）：案例一：顯式與隱式單晶含圓孔薄板的簡單拉伸對比（顯式開啟了質量縮放）使用位移邊界條件，沿著X方向施加

上述過程是單晶體塑性力學與本構關系相結合的體現。對于再大些的尺寸量級，如亞晶結構、多晶聚合體，也可以采用上面的研究方法。細觀塑性力學的分析方法可以歸結為以下3個步驟：(1)選擇一個適當的尺寸范圍，使之能夠定量地描述被研究的現象；(2)重點考慮基本微觀結構，而將基底材料視作連續體；(3)利用比所選尺寸量級小一個量級的本構關系作為基底連續體。

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。

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。

（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

與常規晶體塑性模型不同的是，該模型把溫度效應系統地引入到多個關鍵物理量中：首先，單晶彈性常數 C11、C12、C44 隨溫度變化；其次，滑移阻力引入熱軟化函數，用來描述溫度升高后滑移更容易發生的現象；再次，單滑移硬化參數也被寫成溫度函數，包括參考臨界分切應力、初始硬化率和硬化指數。