本文關(guān)鍵詞：晶粒組織演化的元胞自動(dòng)機(jī)模擬，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】： 本文利用元胞自動(dòng)機(jī)(Cellular Automata)方法系統(tǒng)的研究了單相晶粒的正常長(zhǎng)大、兩相晶粒粗化、動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過(guò)程;初步地研究了非均勻溫度場(chǎng)下單相晶粒長(zhǎng)大和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過(guò)程。 首先,通過(guò)引入能量最低原則,利用完善后的元胞自動(dòng)機(jī)方法,建立了單相晶粒正常長(zhǎng)大的元胞自動(dòng)機(jī)模型。模擬結(jié)果表明:晶粒的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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(diǎn)為三邊交點(diǎn),交角大約為120度,與實(shí)際晶粒組織十分相似;在模擬的過(guò)程中存在兩種基本拓?fù)渥儞Q;晶粒的生長(zhǎng)主要通過(guò)大晶粒不斷吞噬其周?chē)男【Я：瓦厰?shù)較多的晶粒吞噬邊數(shù)較小的晶粒來(lái)實(shí)現(xiàn)。模擬結(jié)果得出晶粒正常生長(zhǎng)的生長(zhǎng)指數(shù)n=0.472,與理論值n=0.5較為接近。研究了溫度對(duì)晶粒長(zhǎng)大的影響,發(fā)現(xiàn)溫度對(duì)晶粒長(zhǎng)大速度有一定的影響,但對(duì)生長(zhǎng)指數(shù)的影響不大。 利用晶粒正常長(zhǎng)大的元胞自動(dòng)機(jī)模型,模擬了TA15合金在1050℃保溫時(shí)晶粒長(zhǎng)大過(guò)程。模擬結(jié)果得出晶粒生長(zhǎng)指數(shù)n=0.481,與實(shí)驗(yàn)求得的n=0.4876非常接近;通過(guò)標(biāo)定初始元胞尺寸,對(duì)比了模擬和實(shí)驗(yàn)過(guò)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(zhǎng)大的元胞自動(dòng)機(jī)模型應(yīng)用到了非均勻溫度場(chǎng)的情況。初步研究了非均勻溫度場(chǎng)中晶粒的生長(zhǎng)演化規(guī)律,揭示了不同溫度區(qū)域晶粒形核、長(zhǎng)大的過(guò)程。 通過(guò)取向數(shù)的大小區(qū)分兩相,建立兩相晶粒組織生長(zhǎng)的元胞自動(dòng)機(jī)模型。研究了兩相晶粒長(zhǎng)大粗化規(guī)律:當(dāng)兩相初始含量相當(dāng)時(shí),兩相晶粒相互影響,各自晶粒長(zhǎng)大速度較為緩慢;當(dāng)其中一相含量相對(duì)較多時(shí),含量較少一相的晶粒表現(xiàn)出對(duì)另一相晶粒長(zhǎng)大的“釘扎”作用;當(dāng)其中一相含量遠(yuǎn)多于另一相時(shí),較少含量的晶�；緹o(wú)法長(zhǎng)大。 分析熱變形過(guò)程中的位錯(cuò)密度變化,通過(guò)建立位錯(cuò)密度模型、形核模型、晶粒長(zhǎng)大模型、回復(fù)模型,實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過(guò)程的元胞自動(dòng)機(jī)模擬。利用該模型可以很好的模擬動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過(guò)程及微觀組織的演化,模擬得到的Avrami曲線(xiàn)符合動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的動(dòng)力學(xué)規(guī)律;研究了應(yīng)變速率對(duì)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過(guò)程的影響:當(dāng)應(yīng)變量一定且較小時(shí),應(yīng)變速率越大,平均晶粒尺寸越小,動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的轉(zhuǎn)變分?jǐn)?shù)也越小,即動(dòng)態(tài)再結(jié)晶越不充分。 通過(guò)修改和完善與溫度相關(guān)的形核和晶粒生長(zhǎng)模型,初步研究了非均勻溫度場(chǎng)下動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過(guò)程。結(jié)果表明:低溫區(qū)再結(jié)晶形核較早,晶粒生長(zhǎng)速度較慢,最終晶粒較為細(xì)小。
【關(guān)鍵詞】：元胞自動(dòng)機(jī) 晶粒長(zhǎng)大 兩相組織 動(dòng)態(tài)再結(jié)晶 生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類(lèi)號(hào)】：TG111.7
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 第1章 緒論11-28
• 1.1 材料的計(jì)算機(jī)模擬方法11-15
• 1.1.1 概述11
• 1.1.2 模擬方法的分類(lèi)及特點(diǎn)11-15
• 1.2 元胞自動(dòng)機(jī)方法15-23
• 1.2.1 元胞自動(dòng)機(jī)方法的引例15-16
• 1.2.2 元胞自動(dòng)機(jī)方法的定義16-17
• 1.2.3 元胞自動(dòng)機(jī)的基本構(gòu)成17-21
• 1.2.4 元胞自動(dòng)機(jī)法的主要應(yīng)用21
• 1.2.5 元胞自動(dòng)機(jī)方法與蒙特卡羅方法的區(qū)別21-22
• 1.2.6 元胞自動(dòng)機(jī)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(lèi)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(shí)驗(yàn)方法29
• 2.2.1 β單相區(qū)晶粒長(zhǎng)大實(shí)驗(yàn)29
• 2.2.2 晶粒長(zhǎng)大組織觀察與表征29
• 2.3 模擬方法與編程語(yǔ)言29-30
• 2.4 晶粒組織演化的元胞自動(dòng)機(jī)建模過(guò)程30-35
• 2.4.1 元胞取向數(shù)的設(shè)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(shè)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(dòng)機(jī)模型的優(yōu)化35-40
• 2.5.1 晶界元胞識(shí)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(yīng)用39-40
• 2.6 模擬結(jié)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(jié)果的分析方法44-46
• 2.7.1 晶粒數(shù)的統(tǒng)計(jì)44
• 2.7.2 晶粒尺寸的統(tǒng)計(jì)44-45
• 2.7.3 晶粒邊數(shù)的統(tǒng)計(jì)45-46
• 2.8 本章小結(jié)46-47
• 第3章 單相晶粒正常長(zhǎng)大過(guò)程的CA模擬47-72
• 3.1 物理過(guò)程與機(jī)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(zhǎng)大的動(dòng)力學(xué)50-51
• 3.2 單相晶粒正常長(zhǎng)大CA模型51-53
• 3.2.1 基本參數(shù)的設(shè)定51
• 3.2.2 晶界原子遷移模型51
• 3.2.3 晶粒生長(zhǎng)速度模型51-52
• 3.2.4 晶界能量模型52-53
• 3.3 模擬實(shí)施與結(jié)果分析53-64
• 3.3.1 模擬主程序流程圖53
• 3.3.2 晶粒生長(zhǎng)演化過(guò)程53-58
• 3.3.3 晶粒拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化58-59
• 3.3.4 晶粒形貌及分布59-62
• 3.3.5 晶粒生長(zhǎng)指數(shù)62-64
• 3.4 溫度對(duì)晶粒長(zhǎng)大過(guò)程的影響64-66
• 3.5 非均勻溫度場(chǎng)單相晶粒正常長(zhǎng)大模擬66-68
• 3.5.1 溫度場(chǎng)的引入66-67
• 3.5.2 模擬結(jié)果的可視化67-68
• 3.6 TA15 鈦合金β單相晶粒生長(zhǎng)模擬68-70
• 3.7 本章小結(jié)70-72
• 第4章 兩相區(qū)晶粒粗化過(guò)程的CA模擬72-81
• 4.1 物理過(guò)程與機(jī)制分析72-73
• 4.2 雙相晶粒正常長(zhǎng)大的CA模型73-74
• 4.3 模擬的實(shí)施與結(jié)果分析74-80
• 4.3.1 α相體積分?jǐn)?shù)為5096的雙相合金體系模擬74-77
• 4.3.2 α相體積分?jǐn)?shù)為4096的雙相合金體系模擬77-80
• 4.4 本章小結(jié)80-81
• 第5章 動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過(guò)程的CA模擬81-106
• 5.1 物理過(guò)程與機(jī)制分析81-89
• 5.1.1 再結(jié)晶現(xiàn)象81
• 5.1.2 再結(jié)晶過(guò)程的組織演變81-82
• 5.1.3 動(dòng)態(tài)回復(fù)過(guò)程82-83
• 5.1.4 動(dòng)態(tài)再結(jié)晶理論83-87
• 5.1.5 再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)規(guī)律87-89
• 5.2 動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過(guò)程的CA模型89-93
• 5.2.1 模型的前提假設(shè)89
• 5.2.2 位錯(cuò)密度模型89-90
• 5.2.3 動(dòng)態(tài)回復(fù)模型90-91
• 5.2.4 再結(jié)晶形核模型91-92
• 5.2.5 再結(jié)晶長(zhǎng)大模型92-93
• 5.3 模擬的實(shí)施與結(jié)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(jié)果及分析94-101
• 5.4 非均勻溫度場(chǎng)的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶模擬101-105
• 5.4.1 溫度場(chǎng)的引入101-102
• 5.4.2 模擬結(jié)果及分析102-105
• 5.5 本章小結(jié)105-106
• 結(jié)論106-107
• 參考文獻(xiàn)107-112
• 致謝112

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2 本版編輯　葉影萍 黎世德 孫亮 胡守天 趙陽(yáng) 楊福平 陳禮清 徐香秋 劉相華 曹正 喬兵 劉燕 王毛球 時(shí)捷 惠衛(wèi)軍 董瀚 樊剛 徐軍 王子硯 周福功 李本祥 徐海衛(wèi) 楊王s，

本文編號(hào)：280931