含晶界多晶几何模型的建立及其在abaqus中的实现 CAErkd 2023年9月25日 浏览：1404 收藏：7 技术邻 > CAE仿真 > Abaqus ,工业软件开发 一、介绍 在进行晶体塑性模拟时候，大多数研究中所使用的几何模型中的晶界并不包含一个单独的Set，仅仅是一条线（2D）或者一个面（3D），而如果要考虑晶界处不同的变形、损伤或者元素扩散特征，通常建立单独的晶界Set，能够改善计算结果的准确性。本文在现有研究基础上，实现了更加灵活的含晶界多晶几何模型的建立。 二、建模思路 Neper是目前非常流行的晶体塑性模型前处理软件，可以实现多种类型组织模型的建立，操作较为简单，且生成文件格式丰富，是本文的基础模型来源。而建立晶界模型则采用的思路来源于现有开源python代码Homtools（http://homtools.lma.cnrs-mrs.fr/spip/）。 借助于Neper所生成的.geo文件包含的点、线、面集合信息，将点、线、面等信息分别存储于对应的数组内，随后可以通过python控制ABAQUS的Partition Face功能，绘制初始的Voronoi图，如图1（a）所示。随后借助Homtools的思路，可以生成如图1（b）（c）所示的含晶界的多晶组织模型。 图1 (a)不含具有一定厚度晶界的多晶模型; (b)晶界厚度为1μm的多晶组织模型; (c)晶界厚度为1.5μm的多晶组织模型 具体建模思路如图2所示(以线段AB、BC为例，其余线段计算方式相同): 1) 首先计算线段AB及BC的中点P和Q的坐标，并计算AB及BC的单位向量； 2) 计算向量vectAB及vectBC的斜率k1和k2; 3) 根据中点坐标及单位向量可以获得到AB及BC边距离为d的点P'和Q'; 4) 根据k1，k2，P'及Q'可以求得两个虚线的交点M坐标，这个M点即为距离AB及BC都是d的偏离点; 5) 以此类推，求得所有晶粒内部的各偏离点，通过python控制Partition Face功能，即可在每个晶粒内部生成一个偏离的相似晶粒，结果如图1(b)(c)所示。 图2 晶界生成过程示意图 通过控制Partition Face过程，可以实现对晶界区域的分割，如图3所示。图3(a)所示为每个晶粒的晶界为一个整体，与其余晶粒的晶界互不干涉；而图3(b)所示为每个晶粒的晶界被分为若干段，每一段可根据共享它的两个晶粒取向差来确定特征。 图3 (a)各晶粒的晶界为整体Set; (b)各晶粒的晶界为单独Set. 通过设置neper中晶粒的尺寸比例，可以生成轧制态组织模型，并且基于本文的方法，建立对应的晶界模型，如图4所示。 图4 不同长径比的含晶界组织模型：(a) 2:1; (b) 3:1. 三、总结及展望 建立考虑了晶界Set的几何模型在预测晶界扩散、损伤、再结晶等过程方面有着重要的作用。基于neper所生成的.geo或.tess文件中所包含的几何信息，结合python语言进行ABAQUS的二次开发，可以很方便地实现具有更多特征及功能的多晶体组织模型。
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