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熱忱歡迎貴公司選派研發(fā)人員參加320科技工作室舉辦的《粘塑性自洽多晶體塑性模型軟件（VPSC）課程培訓(xùn)》，此次培訓(xùn)將特邀具有多年授課經(jīng)驗(yàn)的老師主講。一、培訓(xùn)時(shí)間：一對(duì)一線上培訓(xùn), 不受時(shí)間限制, 隨時(shí)都能參加.二、培訓(xùn)方式：本次培訓(xùn)以視頻方式授課，工程案例講解，答疑，技術(shù)交流，學(xué)員需要自行準(zhǔn)備電腦。

關(guān)鍵詞：晶體塑性 VPSC織構(gòu)模擬 復(fù)合工藝本期將繼續(xù)介紹粘塑性自洽模型(VPSC)在金屬變形過程的應(yīng)用。VPSC適用于各種金屬材料(如鋁合金、鋼材、鎂合金)，各種加載方式(如單向拉伸、單向壓縮、剪切、平面應(yīng)變、雙向拉伸等)下的宏觀力學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu)演化模擬，也可以針對(duì)多相金屬(如雙相鋼等)。在結(jié)合有限元軟件后，可擴(kuò)展VPSC模型的模擬范圍，如扭轉(zhuǎn)、等通道擠壓及壓剪工藝等。

作者：辭殤關(guān)鍵詞：VPSC；鈦合金；拉伸壓縮；織構(gòu)演變粘塑性自恰（VPSC）模型，區(qū)別與宏觀本構(gòu)模型，VPSC模型不僅能夠模擬變形過程中材料宏觀力學(xué)性能的演化過程，還可以同時(shí)模擬材料內(nèi)部由于變形引起的織構(gòu)演化過程，實(shí)現(xiàn)宏觀與細(xì)觀結(jié)合，從而使我們更加深刻地理解材料的變形過程。

VPSC是由加州大學(xué)洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室（大學(xué)）的董事會(huì)與美國能源部聯(lián)合開發(fā)全稱VISCO-PLASTICSELF-CONSISTENT (VPSC)目前使用的是更新于2012年5月1日的vpsc7d，VPSC 是用 FORTRAN 77 編寫的計(jì)算機(jī)代碼，用于模擬多晶聚集體的塑性變形。 VPSC 全稱 Visco Plastic Self Consistent，指的是特定的機(jī)械狀態(tài)

運(yùn)行分析時(shí)輸入包含文件如下1，vpsc.in（主文件）2，TENSIN.3（邊界條件）3，rand1000.tex（初始取向）4，AZ31b.sx（單晶屬性）運(yùn)行時(shí)輸出文件1，PCYS.OUT（屈服面信息）2，STR_STR.OUT（應(yīng)力應(yīng)變信息）3, TEX_PHn.OUT（變形結(jié)束后取向信息）輸入1，具有1944 個(gè)方向的基底織構(gòu)特征取向文件（文件

粘塑性自洽多晶體塑性模型（Visco-plasitic Self Consistant，VPSC）是由美國Los Alamos國家實(shí)驗(yàn)室的C.N. TOME 教授和R.A. Lebensohn教授聯(lián)合開發(fā)的，最早開發(fā)于20世紀(jì)90年代初期，后來經(jīng)過多個(gè)版本的升級(jí)，現(xiàn)在已經(jīng)很完善。

荷載作用時(shí)間與應(yīng)力松弛時(shí)間的比值可以決定瀝青混合料是彈性還是粘塑性，若荷載作用時(shí)間遠(yuǎn)大于應(yīng)力松弛時(shí)間，混合料表現(xiàn)為粘塑性。若荷載作用時(shí)間遠(yuǎn)小于應(yīng)力松弛時(shí)間，混合料則表現(xiàn)為彈性。而當(dāng)荷載作用時(shí)間等于應(yīng)力松弛時(shí)間，就會(huì)表現(xiàn)為粘彈性。瀝青混合料呈現(xiàn)出粘彈性的溫度范圍是比較寬泛的。而動(dòng)態(tài)模量與蠕變?nèi)崃亢退沙谀Ａ靠梢悦枋龌旌狭?em>粘彈性性質(zhì)。

荷載作用時(shí)間與應(yīng)力松弛時(shí)間的比值可以決定瀝青混合料是彈性還是粘塑性，若荷載作用時(shí)間遠(yuǎn)大于應(yīng)力松弛時(shí)間，混合料表現(xiàn)為粘塑性。若荷載作用時(shí)間遠(yuǎn)小于應(yīng)力松弛時(shí)間，混合料則表現(xiàn)為彈性。而當(dāng)荷載作用時(shí)間等于應(yīng)力松弛時(shí)間，就會(huì)表現(xiàn)為粘彈性。瀝青混合料呈現(xiàn)出粘彈性的溫度范圍是比較寬泛的。而動(dòng)態(tài)模量與蠕變?nèi)崃亢退沙谀Ａ靠梢悦枋龌旌狭?em>粘彈性性質(zhì)。

本期將繼續(xù)介紹粘塑性自洽模型在金屬變形過程的應(yīng)用。如下，采用的是鋯Zr合金作為研究材料，變形工藝為室溫壓縮至應(yīng)變?yōu)?.0，模型采用VPSC8.0進(jìn)行計(jì)算，分別獲得了變形后的極圖、滑移激活以及位錯(cuò)密度等數(shù)據(jù)。

4、粘彈性/粘塑性響應(yīng)分析：包括粘彈性/粘塑性材料結(jié)構(gòu)的響應(yīng)分析。 5、熱傳導(dǎo)分析：包括傳熱、輻射和對(duì)流的瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)分析。 6、退火成型過程分析：對(duì)材料退火熱處理過程的模擬。 7、質(zhì)量擴(kuò)散分析：靜水壓力造成的質(zhì)量擴(kuò)散和滲流分析等 8、準(zhǔn)靜態(tài)分析：包括應(yīng)用顯示積分方法求解靜態(tài)和沖壓等準(zhǔn)靜態(tài)問題。

</p><p class="ql-align-justify"><strong>材料模型與材料庫</strong></p><p>常用材料模型庫：線性彈性、各向同性/各向異性彈性、塑性（J2、工程塑性、有限延展）、粘彈性、粘塑性、損傷與斷裂（Cohesive Zone、Maxwell/標(biāo)準(zhǔn)模型等）。</p><p>溫度、輻射、率效應(yīng)、熱 - 結(jié)構(gòu)耦合下的材料行為（溫度依賴、應(yīng)變速率依賴）。

在新版的粘塑性自洽晶體塑性模型vpsc8.0中，除了常規(guī)的本構(gòu)模型升級(jí)之外，軟件作者同時(shí)開源一個(gè)用于取向分布繪制的軟件POLE8d，筆者發(fā)現(xiàn)使用改軟件繪制的極圖和反極圖與aztex，mtex的常用的極圖繪制軟件相比，其風(fēng)格更加簡潔，清晰。對(duì)于使用粘塑性自洽模型和晶體塑性模型均可以完成對(duì)應(yīng)的極圖和反極圖繪制。

力學(xué)上通常用不同的“簡化單元”如彈簧單元（用于描述彈性），阻尼單元（用于描述粘性）和摩擦單元（用于描述塑性）結(jié)合起來描述這些率相關(guān)或者率無關(guān)的材料本構(gòu)模型。 例如，彈簧單元和摩擦單元結(jié)合可以用于描述率無關(guān)塑性，彈簧單元和阻尼單元結(jié)合可以用于描述粘彈性，彈簧單元+阻尼單元+摩擦單元可以用于描述粘塑性（率相關(guān)塑性）。

屈服應(yīng)力與速率有關(guān)，使用常規(guī)的靜力學(xué)分析必須引進(jìn)一個(gè)合適的時(shí)間尺度才能使SOL 400正確處理粘塑性。利用向后差分算子對(duì)塑性應(yīng)變進(jìn)行積分，蠕變問題以及粘彈性模型，由蠕變求解程序分析(這是由包含一個(gè)非零的時(shí)間間隔的NLPARM卡片指定)。非線性蠕變問題通常通過非彈性應(yīng)變的向前差分積分(“初始應(yīng)變”法)有效地解決，因?yàn)樵撍阕拥臄?shù)值穩(wěn)定性極限通常足夠大，因而可以在不多的時(shí)間增量步中得到求解結(jié)果。

假想溫度向環(huán)境溫度松弛的方式與粘彈性材料的偏剛度常數(shù)和體積剛度常數(shù)向長時(shí)間彈性常數(shù)松弛的方式類似。通過移位函數(shù)，能夠計(jì)算任何熱歷程的假想溫度的演化。隨著假想溫度接近實(shí)際溫度，粘彈性材料變得更加松弛。假想溫度經(jīng)常用于建模粘彈性材料的熔化和凝固過程，如玻璃和硬高聚物。本問題使用固定義齒模型來確定由玻璃貼面在陶瓷芯上凝固后產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。沒有金屬的陶瓷材料具有外表美觀，生物相容性和化學(xué)耐久性。

在之前的推文中我們使用粘塑性自洽多晶體塑性模型（Visco-plasitic Self Consistant，VPSC）計(jì)算了面心立方（fcc）、體心立方（bcc）金屬材料變形過程，實(shí)現(xiàn)了織構(gòu)演變的模擬，應(yīng)力預(yù)測(cè)等。本文將介紹VPSC模擬FCC金屬等通道轉(zhuǎn)角擠壓(ECAE)工藝。

圖1Guduru問題：(a)三維視圖、(b)二維視圖和(c)典型粗糙度下的完整載荷–位移曲線 針對(duì)上述問題，研究團(tuán)隊(duì)通過建立粗糙表面變形與相互作用的自洽方程，發(fā)展了完全自洽模型(FSCM)。該模型是連續(xù)介質(zhì)力學(xué)框架內(nèi)最為準(zhǔn)確的吸附接觸力學(xué)模型，然而自洽方程中含有強(qiáng)非線性積分項(xiàng)，需要通過數(shù)值迭代求解。

其中Le是單元特征長度，Cd是膨脹波速，公式中可以看出Le越大，（單元尺寸越大）穩(wěn)定時(shí)間越大，密度愈大，穩(wěn)定時(shí)間越大（這意味著可以通過質(zhì)量縮放加快計(jì)算時(shí)間，需要根據(jù)能量評(píng)估質(zhì)量縮放的影響），需要注意的是顯式時(shí)間為真實(shí)變形時(shí)間，因此使用晶體塑性這類粘塑性本構(gòu)模型顯式求解器并不適用于準(zhǔn)靜態(tài)分析，計(jì)算時(shí)間太長，并且人為修正時(shí)間會(huì)影響本構(gòu)的響應(yīng)情況，當(dāng)利用顯式求解器進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)使用質(zhì)量縮放是合理的備選方案（保證動(dòng)能于總能量之比小于

Hardening(雙線性隨動(dòng)強(qiáng)化)-Multilinear Kinematic Hardening (多線性隨動(dòng)強(qiáng)化)-Chaboche Kinematic Hardening （非線性隨動(dòng)強(qiáng)化）-Anand Viscoplasticcity(Anand粘塑性模型)在有限元仿真軟件中，所有的彈塑性模型，必須輸入材料的彈性模量和泊松比。

Simufact.forming提供了各種材料模型，包括彈塑性、剛塑性、粘塑性、損傷、成型極限等，在Simufact.forming中提供的經(jīng)過優(yōu)化的有限元求解器完全支持彈塑性耦合分析,可以提供與其他軟件采用的剛塑性或粘塑性模型相同的計(jì)算效率。Simufact.forming還能夠考慮鉚接分析中板與板之間的涂膠層的影響。