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晶體塑性有限元仿真入門(1)--開源子程序Huang's UMAT及代表性體積單元的創建這篇文章講解晶體塑性有限元仿真入門知識，從完全新手的角度出發，一步步講解如何建模，賦予材料和處理仿真結果。首先從一個簡單的彈塑性材料模型例子入手，講解如何進行代表性體積單元的創建。1.

CPFE結果還揭示了梯度應力和梯度塑性應變的非均勻空間分布，這是隨機晶粒取向和梯度晶粒尺寸共同作用的結果。

這個 UMAT 展示了如何在標準塑性框架內嵌入相變效應，為模擬如形狀記憶合金 (SMA)、相變誘發塑性 (TRIP) 鋼等智能材料或先進金屬提供了基礎。理解和應用此代碼需要對彈塑性力學理論、ABAQUS UMAT 接口和特定材料的相變機制有深入的了解。4、 代碼解釋以及案例文件（inp，umat子程序)

子程序與ABAQUS進行關聯ABAQUS的材料庫里沒有晶體塑性材料模型，因此需要使用用戶材料子程序(User-Defined Material, UMAT)，而所有編寫好的UMAT能夠成功使用的前提是ABAQUS與UMAT子程序進行關聯。因此，第一步是安裝子程序的相關平臺，并與ABAQUS進行關聯。

黃永剛院士編寫的單晶晶體塑性UMAT，主要用于在Abaqus有限元軟件中進行單晶及多晶晶體塑性變形的計算。許多科研人員通過改寫其晶體塑性UMATs，建立自己的本構子程序并發表論文。利用該本構子程序進行材料模擬的研究方向很廣泛，包括但不限于修改材料滑移、孿晶系，修改硬化方程，加入損傷，將隱式分析的UMATs修改為顯式分析的VUMATs等，理解其基本理論并將公式與代碼對應是改寫的關鍵。

（3）umat_documentation 翻譯主要對第一個pdf內容進行了翻譯（4）黃永剛程序迭代部分解釋該pdf文檔主要對umat子程序NR迭代部分進行解釋（5）晶體塑性硬化公式該pdf主要介紹常見的幾類唯象的硬化模型相關程序：（1）原始程序可參考文檔一（2）huang_umat_97對應于97版本修改后的子程序（3）考慮孿晶效應的本構模型參考

求解得到塑性乘子增量之后，即可更新：也可以更新塑性應變：1.3 一致性切線剛度矩陣umat除了要求更新應力以及狀態變量之外，還需要更新算法的一致性切線剛度模量。當沒有發生塑性屈服時，一致性切線剛度矩陣即為彈性矩陣。

Hughes–Winget算法也被使用，但形式略有不同注意;由于晶體塑性子程序不包含運動硬化，兩種方法產生的結果相同。

晶體塑性有限元仿真入門(4)--織構演變文獻復現晶體塑性有限元初學者較為熟知的工具有Huang's UMAT，EVOCD以及DAMASK平臺，這篇文章介紹如何使用開源子程序Huang's UMAT對文獻Polycrystalline Plasticity and the Evolution of Crystallographic Texture in FCC Metals的織構演變工作進行復現

在huang晶體塑性程序的基礎上，調用johnson-cookd損傷函數，編寫過程中，需要自定義響應的狀態變量，如等效塑性應變，等效塑性應變率，損傷變量，以及是否進行損傷單元的刪除分析。其中等效塑性應變增量的計算，通過滑移系統的分切應力與對應滑移系統剪切應變的乘積絕對值之后與等效應力的比值獲得。并最終實現損傷的表征，采用umat子程序進行編寫。

4 模型驗證4.1 算例簡介為驗證編寫的UMAT子程序的準確性和可靠性，在ABAQUS上使用UMAT子程序對三軸壓縮試驗模型進行數值模擬，并與室內三軸試驗結果進行對比。數值模型為直徑39.1 mm、高80 mm的標準三軸試樣。

黃永剛院士編寫的單晶晶體塑性UMAT，主要用于在Abaqus有限元仿真中進行單晶及多晶晶體塑性變形的計算，是許多科研工作者學習晶體塑性模擬的教學資源。可以在其基礎上對硬化模型進行修改，甚至引入損傷。UMAT主要應用于隱式分析，而對于大變形接觸問題，隱式分析往往計算效率較低。

子程序計算結果）：等效塑性應變對比結果如下（左圖為Abaqus材料庫計算，右圖為vumat子程序計算結果）：反力曲線對比如下：算例cae模型 abaqus_cae.zip

：變形后顯式與隱式結果的等效塑性應變分布：可以看到顯式與編寫的隱式umat子程序具有良好的一致性，其中隱式計算需要大概600個增量步，而顯式則需要700萬的增量步，計算效率更高，但在高速沖擊，切屑問題更建議使用顯式程序進行計算

我們可以將我之前推文提到的umat-taylor模型轉化為vumat子程序，進一步使用晶體塑性模型模擬大變形結構尺度材料變形行為。案例展示如下：初始模型參考文章的設置（上下兩層鋼板，中間為薄殼結構）：使用通用接觸，摩擦系數設置為0.5，共4000個單元，每個單元包含50個具有不同初始取向晶粒。共20萬晶粒。邊界條件設置為下端鋼板固定，上端下壓。

理論部分（基于亞彈性框架）：晶體塑性對應的流動方程（冪律流動）晶體塑性對應的硬化方程（Voce硬化）對于鋯合金考慮了基面，柱面，錐面滑移，對應的材料參數為損傷基于udmgini子程序經進行編寫，用于確定裂紋萌生位置，并根據能量準則確定裂紋擴展情況程序框架為：基于ebsd的實驗建模四類準則對應的數值模擬結果如下：不考慮xfem

，分析了溫度對再結晶的影響，以及定向形核和生長選擇兩類機制的差異，同時模擬了順序耦合的 DRX→SRX（退火）過程及異常晶粒長大（AGG），模擬效果如下：根據作者提供的思路（相對簡單清晰），可以編寫對應的子程序，完整晶體塑性和元胞自動機的完全耦合，同樣使用隱式umat實現。