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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(guò)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(guò)程中材料宏觀力學(xué)性能的演化過(guò)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(guò)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(guò)程。

VPSC是由加州大學(xué)洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（大學(xué)）的董事會(huì)與美國(guó)能源部聯(lián)合開(kāi)發(fā)全稱(chēng)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(xiě)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(chēng) 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

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)。

事實(shí)上，目前常用之許多模型都是由此模型推導(dǎo)出來(lái)的。 Modified Cross 模型(1) 此模型可用以表征材料于上牛頓區(qū)域及剪切變稀區(qū)域?qū)魬?yīng)變速率的相關(guān)性。 其中 D 是調(diào)整壓力對(duì)粘度影響的壓力參數(shù)；C 剪切率參數(shù)；n 為 power-law的冪指數(shù)。

力學(xué)上通常用不同的“簡(jiǎn)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(lái)描述這些率相關(guān)或者率無(wú)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(wú)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(wèn)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(wèn)題通常通過(guò)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。

本期將繼續(xù)介紹粘塑性自洽模型在金屬變形過(guò)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：涂料上好之后將模型放進(jìn)烘干房或置于陽(yáng)光好的室外，溫度以50—55度為最好，進(jìn)行烘干或風(fēng)干。注：白模涂層必須等第一遍完全干透才能進(jìn)行下一遍工作，否則容易造成鑄件粘砂起皮現(xiàn)象。消失模干粉涂料使用簡(jiǎn)單，運(yùn)輸方便，便于儲(chǔ)藏，成本低，效果好。加水?dāng)嚢杓纯墒褂谩＝档土斯と瞬僮麟y度。

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(kāi)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(jiǎn)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。

這種微觀機(jī)制使得聚合物在宏觀上表現(xiàn)出極其復(fù)雜的力學(xué)特征：強(qiáng)烈的靜水壓敏感性（拉壓屈服不對(duì)稱(chēng)，壓縮屈服強(qiáng)度往往遠(yuǎn)高于拉伸）、顯著的粘彈性/粘塑性耦合響應(yīng)、極低應(yīng)變率下的頸縮后冷拉（Cold Drawing）現(xiàn)象，以及伴隨微裂紋（Crazing）與剪切帶（Shear Banding）競(jìng)爭(zhēng)的損傷演化。在構(gòu)建聚合物材料卡片時(shí)，傳統(tǒng)的金屬本構(gòu)模型完全失效。

</p><p class="ql-align-justify"><strong>材料模型與材料庫(kù)</strong></p><p>常用材料模型庫(kù)：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(lài)、應(yīng)變速率依賴(lài)）。

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

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(guò)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。

其中Le是單元特征長(zhǎng)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(guò)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(lèi)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(zhǎng)，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