本文關鍵詞：晶粒組織演化的元胞自動機模擬，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】： 本文利用元胞自動機(Cellular Automata)方法系統(tǒng)的研究了單相晶粒的正常長大、兩相晶粒粗化、動態(tài)再結晶過程;初步地研究了非均勻溫度場下單相晶粒長大和動態(tài)再結晶過程。 首先,通過引入能量最低原則,利用完善后的元胞自動機方法,建立了單相晶粒正常長大的元胞自動機模型。模擬結果表明:晶粒的拓撲結構多為5、6、7邊形,且六邊形晶粒所占比例最大;晶粒多為等軸狀,交點為三邊交點,交角大約為120度,與實際晶粒組織十分相似;在模擬的過程中存在兩種基本拓撲變換;晶粒的生長主要通過大晶粒不斷吞噬其周圍的小晶粒和邊數(shù)較多的晶粒吞噬邊數(shù)較小的晶粒來實現(xiàn)。模擬結果得出晶粒正常生長的生長指數(shù)n=0.472,與理論值n=0.5較為接近。研究了溫度對晶粒長大的影響,發(fā)現(xiàn)溫度對晶粒長大速度有一定的影響,但對生長指數(shù)的影響不大。 利用晶粒正常長大的元胞自動機模型,模擬了TA15合金在1050℃保溫時晶粒長大過程。模擬結果得出晶粒生長指數(shù)n=0.481,與實驗求得的n=0.4876非常接近;通過標定初始元胞尺寸,對比了模擬和實驗過程中晶粒平均直徑變化,二者吻合較好。 引入溫度變量,將單相晶粒正常長大的元胞自動機模型應用到了非均勻溫度場的情況。初步研究了非均勻溫度場中晶粒的生長演化規(guī)律,揭示了不同溫度區(qū)域晶粒形核、長大的過程。 通過取向數(shù)的大小區(qū)分兩相,建立兩相晶粒組織生長的元胞自動機模型。研究了兩相晶粒長大粗化規(guī)律:當兩相初始含量相當時,兩相晶粒相互影響,各自晶粒長大速度較為緩慢;當其中一相含量相對較多時,含量較少一相的晶粒表現(xiàn)出對另一相晶粒長大的“釘扎”作用;當其中一相含量遠多于另一相時,較少含量的晶�；緹o法長大。 分析熱變形過程中的位錯密度變化,通過建立位錯密度模型、形核模型、晶粒長大模型、回復模型,實現(xiàn)了動態(tài)再結晶過程的元胞自動機模擬。利用該模型可以很好的模擬動態(tài)再結晶過程及微觀組織的演化,模擬得到的Avrami曲線符合動態(tài)再結晶的動力學規(guī)律;研究了應變速率對動態(tài)再結晶過程的影響:當應變量一定且較小時,應變速率越大,平均晶粒尺寸越小,動態(tài)再結晶的轉變分數(shù)也越小,即動態(tài)再結晶越不充分。 通過修改和完善與溫度相關的形核和晶粒生長模型,初步研究了非均勻溫度場下動態(tài)再結晶過程。結果表明:低溫區(qū)再結晶形核較早,晶粒生長速度較慢,最終晶粒較為細小。
【關鍵詞】：元胞自動機 晶粒長大 兩相組織 動態(tài)再結晶 生長動力學
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2007
【分類號】：TG111.7
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 第1章 緒論11-28
• 1.1 材料的計算機模擬方法11-15
• 1.1.1 概述11
• 1.1.2 模擬方法的分類及特點11-15
• 1.2 元胞自動機方法15-23
• 1.2.1 元胞自動機方法的引例15-16
• 1.2.2 元胞自動機方法的定義16-17
• 1.2.3 元胞自動機的基本構成17-21
• 1.2.4 元胞自動機法的主要應用21
• 1.2.5 元胞自動機方法與蒙特卡羅方法的區(qū)別21-22
• 1.2.6 元胞自動機發(fā)展概況22-23
• 1.3 鈦合金的組織性能23-26
• 1.3.1 金屬鈦的性質(zhì)23-24
• 1.3.2 鈦合金的分類及其組織性能24-26
• 1.4 本文研究目的及主要內(nèi)容26-28
• 第2章 材料與研究方法28-47
• 2.1 材料體系28-29
• 2.2 實驗方法29
• 2.2.1 β單相區(qū)晶粒長大實驗29
• 2.2.2 晶粒長大組織觀察與表征29
• 2.3 模擬方法與編程語言29-30
• 2.4 晶粒組織演化的元胞自動機建模過程30-35
• 2.4.1 元胞取向數(shù)的設定31-32
• 2.4.2 離散化32-33
• 2.4.3 初始化33-34
• 2.4.4 元胞的選取與參數(shù)的設定34
• 2.4.5 演化規(guī)則的確定及模型的建立34-35
• 2.5 晶粒組織演化元胞自動機模型的優(yōu)化35-40
• 2.5.1 晶界元胞識別算法的優(yōu)化35-38
• 2.5.2 最鄰近元胞數(shù)目選取的優(yōu)化38-39
• 2.5.3 周期性邊界條件的應用39-40
• 2.6 模擬結果的可視化方法40-44
• 2.6.1 二維空間模擬的可視化40-42
• 2.6.2 三維空間模擬的可視化42-44
• 2.7 模擬結果的分析方法44-46
• 2.7.1 晶粒數(shù)的統(tǒng)計44
• 2.7.2 晶粒尺寸的統(tǒng)計44-45
• 2.7.3 晶粒邊數(shù)的統(tǒng)計45-46
• 2.8 本章小結46-47
• 第3章 單相晶粒正常長大過程的CA模擬47-72
• 3.1 物理過程與機制分析47-51
• 3.1.1 晶界穩(wěn)定條件47-48
• 3.1.2 晶界的熱激活遷移48-50
• 3.1.3 晶粒長大的動力學50-51
• 3.2 單相晶粒正常長大CA模型51-53
• 3.2.1 基本參數(shù)的設定51
• 3.2.2 晶界原子遷移模型51
• 3.2.3 晶粒生長速度模型51-52
• 3.2.4 晶界能量模型52-53
• 3.3 模擬實施與結果分析53-64
• 3.3.1 模擬主程序流程圖53
• 3.3.2 晶粒生長演化過程53-58
• 3.3.3 晶粒拓撲結構的變化58-59
• 3.3.4 晶粒形貌及分布59-62
• 3.3.5 晶粒生長指數(shù)62-64
• 3.4 溫度對晶粒長大過程的影響64-66
• 3.5 非均勻溫度場單相晶粒正常長大模擬66-68
• 3.5.1 溫度場的引入66-67
• 3.5.2 模擬結果的可視化67-68
• 3.6 TA15 鈦合金β單相晶粒生長模擬68-70
• 3.7 本章小結70-72
• 第4章 兩相區(qū)晶粒粗化過程的CA模擬72-81
• 4.1 物理過程與機制分析72-73
• 4.2 雙相晶粒正常長大的CA模型73-74
• 4.3 模擬的實施與結果分析74-80
• 4.3.1 α相體積分數(shù)為5096的雙相合金體系模擬74-77
• 4.3.2 α相體積分數(shù)為4096的雙相合金體系模擬77-80
• 4.4 本章小結80-81
• 第5章 動態(tài)再結晶過程的CA模擬81-106
• 5.1 物理過程與機制分析81-89
• 5.1.1 再結晶現(xiàn)象81
• 5.1.2 再結晶過程的組織演變81-82
• 5.1.3 動態(tài)回復過程82-83
• 5.1.4 動態(tài)再結晶理論83-87
• 5.1.5 再結晶動力學規(guī)律87-89
• 5.2 動態(tài)再結晶過程的CA模型89-93
• 5.2.1 模型的前提假設89
• 5.2.2 位錯密度模型89-90
• 5.2.3 動態(tài)回復模型90-91
• 5.2.4 再結晶形核模型91-92
• 5.2.5 再結晶長大模型92-93
• 5.3 模擬的實施與結果分析93-101
• 5.3.1 模擬的初始輸入93
• 5.3.2 模擬程序流程圖93-94
• 5.3.3 模擬結果及分析94-101
• 5.4 非均勻溫度場的動態(tài)再結晶模擬101-105
• 5.4.1 溫度場的引入101-102
• 5.4.2 模擬結果及分析102-105
• 5.5 本章小結105-106
• 結論106-107
• 參考文獻107-112
• 致謝112

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