基于元胞自动机法的材料晶粒长大和再结晶模拟

发布时间：2017-03-23 23:15

  本文关键词：基于元胞自动机法的材料晶粒长大和再结晶模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：再结晶和晶粒长大过程是制作金属材料最重要的物理冶金过程之一。经过人们对再结晶现象的长期基础研究，取得了很多研究成果，如定向形核和选择生长理论、唯象理论等。但是，在其微观结构演化的解释方面还存在许多问题。研究材料再结晶和晶粒长大过程的传统试验方法是金相观察，既滞后、费时又不全面、精确，只能达到定性或半定量化的试验研究要求。现代计算机仿真技术为模拟金属材料再结晶和晶粒长大过程以实现对其组织动态演变的数值模拟和图像模拟提供了手段。 近年来，蒙特卡洛方法和元胞自动机方法成为材料再结晶和晶粒长大过程仿真研究的主要方法。相比蒙特卡洛法，元胞自动机法研究相对滞后，特别是在国内刚刚起步，大量的模拟研究工作有待于开展。本论文正是应用元胞自动机法对金属再结晶及晶粒长大过程进行了模拟。 基于元胞自动机法、材料再结晶理论和计算机仿真理论，通过计算机数值模拟和图像分析技术相结合，本论文分别构建了晶粒长大和再结晶模拟模型，利用Visual C++语言编制了相关程序，完成了再结晶和晶粒长大过程的虚拟试验及其组织变化规律的研究，取得了如下结论：通过分别对单一晶粒和总体晶粒形态变化的模拟研究，证明CA模型所模拟的单一晶粒长大行为和总体晶粒长大形为都符合晶粒长大理论及其规律，，利用CA法模拟再结晶和晶粒长大是可行的；CA模型构建时，合理地选择元胞邻居定义是必要的，Moore型邻居定义是一种理想的模拟晶粒长大的元胞邻居；采用所建模型模拟的再结晶微观组织演变与平均晶粒尺寸的变化基本符合真实物理过程，模拟的再结晶晶粒长大动力学基本符合JAMK理论；恒形核率形核方式较比点饱和形核方式更适合于再结晶模拟模型；合理地选择吸引长大概率对于优化再结晶模拟动力学是必要的；MC和CA两种方法的特点、模型、模拟条件和模拟结果的比较表明，MC和CA方法各有优缺点。MC方法适合于晶粒长大模拟，而CA方法适合于再结晶模拟。
【关键词】：元胞自动机 晶粒长大 再结晶 计算机模拟
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TG111
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-9
• 第一章 绪论9-21
• 1.1 课题研究的目的和意义9-10
• 1.2 再结晶退火过程物理冶金10-15
• 1.2.1 变形组织及储存能10-11
• 1.2.2 回复11
• 1.2.3 初次再结晶11-14
• 1.2.4 晶粒长大14-15
• 1.3 国内外再结晶组织模拟的研究现状15-19
• 1.3.1 再结晶组织MC模拟的研究概况15-17
• 1.3.2 再结晶组织CA模拟的研究概况17-19
• 1.4 主要研究内容和方法19-21
• 第二章 CA方法和MC方法21-28
• 2.1 前言21
• 2.2 CA方法21-26
• 2.2.1 CA21-22
• 2.2.2 CA的构成22-24
• 2.2.3 CA的特点及分类24-26
• 2.3 MC方法26-27
• 2.3.1 MC方法26
• 2.3.2 模拟材料晶粒形态的MC方法26-27
• 2.3.3 模拟材料晶粒形态演变的MC模型27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 基于元胞自动机法的晶粒长大模型与程序28-35
• 3.1 前言28
• 3.2 基于CA的晶粒长大模拟原理和方法28-30
• 3.2.1 元胞选择及其状态确定28
• 3.2.2 元胞状态的转换规则28-29
• 3.2.3 晶粒长大的模拟原理29-30
• 3.3 CA模型的建立30
• 3.4 模拟程序的编制30-34
• 3.4.1 模拟程序结构与功能30-31
• 3.4.2 编程31-34
• 3.5 结论34-35
• 第四章 基于元胞自动机法的晶粒长大模拟35-45
• 4.1 前言35
• 4.2 单一晶粒形态变化的模拟研究35-39
• 4.2.1 模拟的初始和边界条件35
• 4.2.2 模拟结果分析35-39
• 4.3 总体晶粒形态变化的模拟研究39-42
• 4.3.1 模拟的初始和边界条件39-40
• 4.3.2 模拟结果与分析40-41
• 4.3.3 实验验证41-42
• 4.4 不同邻居定义影响的模拟研究42-44
• 4.4.1 模拟初始和边界条件42
• 4.4.2 模拟结果与分析42-44
• 4.5 本章小结44-45
• 第五章 基于元胞自动机法的再结晶模拟45-56
• 5.1 前言45
• 5.2 模型建立和程序编制45-48
• 5.2.1 模型建立45-46
• 5.2.2 程序编制46-48
• 5.3 再结晶模拟研究48-55
• 5.3.1 形核方式对再结晶模拟的影响48-53
• 5.3.2 吸引长大概率P_1对再结晶模拟的影响53-55
• 5.4 本章小结55-56
• 第六章 CA方法与MC方法的模拟比较56-63
• 6.1 前言56
• 6.2 两种方法特点与模型的对比56-58
• 6.2.1 MC方法简介56-57
• 6.2.2 两种模拟方法的特点比较57
• 6.2.3 两种方法所建模型的对比57-58
• 6.3 模拟条件的对比58-59
• 6.4 模拟结果对比59-62
• 6.4.1 在晶粒长大方面的对比59-61
• 6.4.2 再结晶方面的对比61-62
• 6.5 本章小节62-63
• 第七章 总结63-64
• 参考文献64-68
• 致谢68-69
• 附录: 攻读硕士期间发表的论文69-70
• 学位论文评阅及答辩情况表70

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 马凯;张效迅;;元胞自动机法在裂纹愈合模拟中的应用[J];精密成形工程;2012年06期

2 崔洪梅;滕祥红;钱~

本文编号：264741