粘塑性自洽模型(VPSC)在复合工艺中的应用

关键词：晶体塑性 VPSC织构模拟 复合工艺

本期将继续介绍粘塑性自洽模型(VPSC)在金属变形过程的应用。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)。在结合有限元软件后，可扩展VPSC模型的模拟范围，如扭转、等通道挤压及压剪工艺等。本期将VPSC与宏观有限元结合，以BCC材料作为研究材料，利用有限元获取了复合工艺下的边界条件，分别研究了单向压缩工艺和复合工艺下的织构演化，对比了不同工艺下产生的织构区别。

图1为建立的有限元模型及VPSC计算过程，有限元采用abaqus软件构建，施加以压缩及复合工艺的边界条件后进行模拟。

(a) 有限元计算 (b) VPSC计算

图1 模拟过程

图2为初始材料的取向，可以看到取向呈现明显的随机分布。当在压缩条件下时，材料中逐渐出现取向聚集，在应变为0.5时出现明显的<100>//X和<111>//X的丝织构，如图3所示。在复合工艺下，合金中的织构较为复杂，呈现弱的丝织构和明显的剪切织构，且随应变的增加，剪切织构越为显著，压缩织构明显减弱，如图4所示。

图1 初始材料的织构

(a) 应变为0.3 (b) 应变为0.5

图3 压缩工艺下的织构

(a) 应变为0.3 (b) 应变为0.5

图4 压缩+剪切工艺下的织构

从图5中可以看到，不同工艺下的相对滑移激活完全不同，在单相压缩工艺下，(101)[1-1-1]处于有利激活位置，而复合工艺下的(101)[11-1]处于最大概率的相对激活位置。并且在复合工艺下，滑移系相对激活的概率呈现波动状态，这与复杂的变形边界条件有关。

(a) 压缩 (b) 压缩+剪切

图5 不同工艺下的相对滑移激活

写在最后：VPSC适用于各种金属材料，各种加载方式下的模拟。借助于有限元软件，VPSC模型可应用于更为复杂的工艺下，并且获得准确的宏观力学性能及织构演化过程。

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