粘塑性自洽多晶体塑性模型VPSC(一)

粘塑性自洽多晶体塑性模型(Visco-plasitic Self Consistant,VPSC)是由美国Los Alamos国家实验室的C.N. TOME 教授和R.A. Lebensohn教授联合开发的,最早开发于20世纪90年代初期,后来经过多个版本的升级,现在已经很完善。VPSC适用于各种金属材料(如铝合金、钢材、镁合金),各种加载方式(如单向拉伸、单向压缩、剪切、平面应变、双向拉伸等)下的宏观力学性能和微观结构演化模拟,也可以针对多相金属(如双相钢等)。

与宏观本构模型不同,VPSC不仅能够模拟变形过程中材料宏观力学性能的演化过程,还可以同时模拟材料内部由于变形引起的织构演化过程,实现宏观与微观结合,从而使我们更加深刻地理解材料的变形过程。例如对于初始随机织构的奥氏体钢,想知道其在单向拉伸和单向压缩加载条件下,其宏观流动应力和微观织构演化过程,就可以通过设置合适的参数用VPSC实现,结果如下:

                                                               图1. 随机织构极图

                                                 图2. 单向压缩过程等效应力-等效塑性应变曲线

                                                 图3. 单向压缩100%时的织构

                                          图4. 单向拉伸过程等效应力-等效塑性应变曲线

                                          图5. 单向拉伸变形100%时的织构

由此可见,对于不同的变形过程,虽然从流动应力结果上看是差不多的,但织构演变过程却存在着非常大的差异性!除此之外,还可以看出,本文模拟的变形量达到100%,虽然实际过程中不一定会有如此大的变形量,但也足以看出VPSC在模拟大变形中的优越性!

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