DAMASK双相多晶材料建模的两类方法

常见的双相金属材料：

1. 双相钢：钢是由铁和碳组成的双相合金，其中铁是主要组成成分，而碳在钢中以固溶体的形式存在。其他合金元素如锰、铬、镍等也可以添加到钢中，以改善其性能。

2. 铜-锌合金（黄铜）：黄铜是由铜和锌组成的双相合金。不同比例的铜和锌可以产生不同类型的黄铜，具有良好的可加工性和耐腐蚀性，广泛用于制作管道、五金配件和乐器等。

3. 钛合金：钛合金是由钛和其他合金元素（如铝、钒、铁等）组成的双相合金。钛合金具有低密度、高强度、优异的耐腐蚀性能，广泛应用于航空航天、医疗器械、汽车等领域。

这些是常见的双相金属材料，在使用晶体塑性对双相或多相结构进行数值模拟时通常有两种方法，分别为：

（１）实际建立每一项的晶体结构，如DP双相钢，分别建立铁素体和马氏体的晶体结构，这类模型的主要优势可以分别去分析单独相内部晶体的变形特征，取向演化等。

（2）不单独建立每一项，而将晶粒作为一个整体，按照体积分数的概念处理不同相，如在处理DP双相钢时，根据实验测试结果确定不同相的占比情况，并按照对应的权重分配给对应的相，晶粒的响应代表两相响应的平均情况，这种方式处理更加简单，且可以很容易分析相占比不同对宏观力学性能的影响等。

且DAMASK同时支持两种方法，可以通过使用类似的模型进行对比，研究两类方法计算结果的差异。这里以DREAM 3D　为建模软件，建立两类模型，模拟DP双相钢在周期性边界体条件下整体的应力应变响应以及织构演化情况。

这里模拟主要参数来源于文章《Integrated experimental–simulation analysis of stress and strain partitioning in multiphase alloys 》

其中铁素体和马氏体为BCC结构，这里统一考虑室温下两组滑移系统即24个滑移系

使用经典的唯象晶体塑性理论进行描述，对应的材料参数为：

铁素体:

马氏体：

方案一：单独建立每一相（使用铁素体和马氏体，体积分数为0.82：0.18）

几何模型如图所示（尺寸：0.03*0.03*0.03（mm）包含27000个C3D8R单元，300个晶粒）：

网格示意图

假设两者为初始随机取向：

铁素体：

马氏体：

施加X方向10%的位移边界条件

模拟效果如下图所示：

应力分布情况：

应变分布情况：

应力应变响应:

铁素体：

马氏体：

方案二：建立统一相（使用铁素体和马氏体，体积分数为0.82：0.18）

为了达到对比的目的，这里不改变原始的晶粒几何形貌和对应的初始取向，通过修改对应的材料属性文件即可达到对应的目的，其余体条件保持相同

整体的几何模型：

整体的初始取向：

模拟效果如下图所示：

应力分布情况：

应变分布情况：

整体应力应变响应:

可以看到，第一类模型可以表现两相之间的显著差异，同时可以分别绘制两相变形过程中取向演化特征，以及单独相的流动应力演化，但对于两相尺寸差异明显，或其中一相形状极其不规则情况，使用第二类体积分数平均化响应方法可以避免这类问题的讨论。这两类模拟方法也可以应用于其他材料，如双相钛的模拟之中，高温合金不同相响应等