简单说明

纳米压痕是一种测定材料小体积力学性能的常用测量手段。
与宏观尺度下不同，微观尺度下的材料往往呈现出以晶体取向相关的各向异性，以及一些特殊的现象，如压痕尺寸效应（压痕硬度随着压痕深度的降低反而增加）。
而这种特征利用传统的仿真手段无法描述。
因而，基于晶体位错滑移演化的晶体塑性理论被广泛用于描述单晶材料的微观力学行为。

晶体塑性本构模型

采用基于运动学理论的晶体学本构方程。
假定塑性变形通过晶体位错滑移和扩散变形来实现, 滑移系分解切应力为滑移驱动力。
这里不做详细介绍。
晶体学本构方程利用Fortran语言，撰写用户子程序umat。

仿真模型

在ABAQUS中建立纳米压痕的仿真模型，包括工件以及Berkovich压头。
工件利用所建立的umat进行材料属性的设置。

仿真结果

（100）取向单晶的纳米压痕，载荷位移曲线如图所示：

表面材料堆积呈现三重对称：

结论

利用晶体塑性有限元，可以对单晶材料进行纳米压痕的仿真，得到与实验一直的力学性能取向，以及与取向相关的表面材料堆积形貌。

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