超弹性与亚弹性,显式与隐式的HCP多晶滑移+孪晶(主导孪晶重定向(PTR))计算效率比较

参考文献:《Influence of texture distribution in magnesium welds on their non-uniform mechanical behavior: A CPFEM study》

主导孪晶重定向(PTR)方案作为目前处理HCP晶格结构的多晶材料孪晶模拟中最常使用的方案被广泛讨论,然而晶体取向旋转过程可能会造成模拟的收敛性问题,选择一个相对稳定的本构框以及迭代变量对模拟计算效率的提升是有意义的。文章中公式以及其对应的参数总结如下:

超弹性与亚弹性,显式与隐式的HCP多晶滑移+孪晶(主导孪晶重定向(PTR))计算效率比较的图1

超弹性与亚弹性,显式与隐式的HCP多晶滑移+孪晶(主导孪晶重定向(PTR))计算效率比较的图2

超弹性与亚弹性,显式与隐式的HCP多晶滑移+孪晶(主导孪晶重定向(PTR))计算效率比较的图3

超弹性与亚弹性,显式与隐式的HCP多晶滑移+孪晶(主导孪晶重定向(PTR))计算效率比较的图4

超弹性与亚弹性,显式与隐式的HCP多晶滑移+孪晶(主导孪晶重定向(PTR))计算效率比较的图5

这里使用文章的模型和参数对超弹性和亚弹性PTR方案进行比较。

二维(200个晶粒X方向压缩20%)

以下各个图中左图为超弹性结果,右图为亚弹性结果:

应力分布云图

超弹性与亚弹性,显式与隐式的HCP多晶滑移+孪晶(主导孪晶重定向(PTR))计算效率比较的图6

应变分布云图:

超弹性与亚弹性,显式与隐式的HCP多晶滑移+孪晶(主导孪晶重定向(PTR))计算效率比较的图7

孪晶分布云图:

超弹性与亚弹性,显式与隐式的HCP多晶滑移+孪晶(主导孪晶重定向(PTR))计算效率比较的图8

这里使用文章的模型和参数对显示和隐式PTR方案进行比较

二维(200个晶粒Y方向剪切变形20%)

以下各个图中左图为显示结果,右图为隐式结果:

应力分布云图

超弹性与亚弹性,显式与隐式的HCP多晶滑移+孪晶(主导孪晶重定向(PTR))计算效率比较的图9

应变分布云图:

超弹性与亚弹性,显式与隐式的HCP多晶滑移+孪晶(主导孪晶重定向(PTR))计算效率比较的图10

孪晶分布云图

超弹性与亚弹性,显式与隐式的HCP多晶滑移+孪晶(主导孪晶重定向(PTR))计算效率比较的图11

拉压非对称与织构演化方面超弹性与亚弹性保持一致:

超弹性与亚弹性,显式与隐式的HCP多晶滑移+孪晶(主导孪晶重定向(PTR))计算效率比较的图12

初始极图:

超弹性与亚弹性,显式与隐式的HCP多晶滑移+孪晶(主导孪晶重定向(PTR))计算效率比较的图13

RD拉伸20%:

超弹性与亚弹性,显式与隐式的HCP多晶滑移+孪晶(主导孪晶重定向(PTR))计算效率比较的图14

RD压缩20%:

超弹性与亚弹性,显式与隐式的HCP多晶滑移+孪晶(主导孪晶重定向(PTR))计算效率比较的图15

应力应变曲线

超弹性与亚弹性,显式与隐式的HCP多晶滑移+孪晶(主导孪晶重定向(PTR))计算效率比较的图16

模拟的结果建议,使用PTR方案,超弹性建议使用PK2应力和当前强度为迭代变量,并使用双重迭代方案,亚弹性建议使用柯西应力为迭代变量,两者在模拟过程中,计算效率相差较小,无论是局部晶粒的应力应变响应,整体的流动应力,以及变形后的织构结果几乎保持一致。同时涉及到接触,碰撞问题,修改为显式对于收敛性的提升是必要的。

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