离散化方法对晶体塑性有限元方法影响的数值研究
材料科学
2023-02-01 v1
摘要
本报告描述了一项使用静态和基于晶粒的网格划分进行晶体塑性有限元(CPFE)建模的大数据数值研究，以考察结果对离散化方法的依赖性。静态网格指基于积分点的微观结构表示，其中有限元内的积分点(IPs)可能属于不同晶粒；而在基于晶粒的网格中，最小离散化单元是仅能属于一个晶粒的单元。晶体塑性本构律通过商业有限元软件 Abaqus 中的 UMAT 子程序实现。在多组 RVE 上研究了应变控制加载和周期边界条件下的响应。比较了具有静态网格和基于晶粒网格的 RVE 得到的应力与应变云图。模拟结果显示，两种离散化方法均能可靠预测多晶合金的应力-应变曲线以及应力/应变局部化点。静态网格倾向于平滑晶界处的应力/应变分布，而基于晶粒网格的结果中存在应力/应变不连续。当 RVE 内晶粒数从 34 增加到 1250 时，上述结论依然成立。为量化静态与基于晶粒网格之间的差异，定义了一种相对偏差度量。发现全局应力的偏差相对较小，在 0.5% 以内，而局部偏差显著，可达 50%。与基于晶粒网格相比，静态网格在减少前处理流程和计算时间方面具有优势。结论是，在研究材料宏观行为时优先采用静态网格，而基于晶粒网格推荐用于借助 CPFEM 研究局部响应。
引用
@article{arxiv.2301.13713,
title = {A numerical study of the effect of discretization methods on the crystal plasticity finite element method},
author = {Jingwei Chen and Zifan Wang and Alexander M. Korsunsky},
journal= {arXiv preprint arXiv:2301.13713},
year = {2023}
}
备注
28pages, 17 figures