一、Modification of computer simulation of normal grain growth（论文文献综述）
白祎凡[1]（2021）在《基于微观结构演变模拟的陶瓷刀具工艺设计及制备》文中研究说明随着我国制造业的兴起,高速切削成为了发展的重点,对切削刀具的要求也随之增高,陶瓷刀具以其优异的力学性能成为了高速切削理想选择之一,而传统的“试凑法”设计陶瓷刀具时,需要耗费大量时间来优化烧结工艺,导致陶瓷刀具的更新换代迟滞。而通过计算机建模,从微观甚至纳观对陶瓷刀具材料的组织演变过程进行模拟,指导陶瓷刀具的设计和制备,能够较大程度节省人力、物力以及材料的损耗。元胞自动机法是一种通过元胞的变换来表达演变过程的数学模型,在具备高度随机性的同时又可通过变化规则来引导变化趋势,具有容易操作、变化方向可定以及识别错误少等优点,能够较好地反映陶瓷刀具材料微观结构演变过程。本论文研究的主要目的是通过改进元胞自动机模型的模拟方法,构建揭示烧结工艺参数对微观结构演变影响关系的模型,进而指导放电等离子体烧结法制备陶瓷刀具。在烧结过程中,晶粒的生长过程是一个与多种因素相关的复杂过程。晶界的迁移率与绝对温度相关;晶粒的粒径大小与绝对时间相关。影响晶粒生长过程的主要影响因素有气孔与烧结工艺参数等,因此在微纳米复合陶瓷刀具材料微观结构演变模型的模拟过程中需要着重考虑这些影响因素。构建改进的元胞自动机模型,模拟带气孔的微纳米复合陶瓷刀具材料微观结构的演变过程,并建立模拟系统。改进元胞自动机模型的中心元胞状态转变规则,解决了在模拟中出现晶界形态异常的问题;改进元胞状态值的赋值方法,解决了晶粒识别性错误异常增长的问题;模拟了微纳米复合陶瓷刀具材料微观结构演变过程;模拟了有气孔的复合陶瓷刀具材料微观结构演变过程;基于Visual Studio平台建立了微纳米复合陶瓷刀具材料微观结构演变模拟系统。将放电等离子体烧结法的各烧结参数耦合进所构建的模型,使所构建模型能够正确反映烧结参数对微纳米复合陶瓷刀具材料微观结构演变的影响。由绝对温度与烧结速度的关系推出烧结温度因子的表达式,将烧结温度因子与元胞状态变换成功概率P相乘,使烧结温度耦合进所构建模型;由等温晶粒生长的抛物线定律推出时间步与实际时间的关系,将其关系式耦合进时间步计算模块中,使保温时间耦合进所构建模型;由轴向压应力与晶粒生长速度之间的关系式推出压力因子的表达式,将其与中心元胞变换成功概率P相乘,使烧结压力耦合进所构建的模型;根据所构建模型的演变结果得出当烧结温度1600℃,保温时间为7min,烧结压力为40MPa时,陶瓷刀具材料晶粒的粒径分布较为匀称,气孔含量较低,材料致密度较高,可以获得宏观力学性能较优的微纳米复合陶瓷刀具材料。以模型所得最佳的烧结参数通过放电等离子体烧结法制备A1203/TiB2/TiC微纳米复合陶瓷刀具,在TiB2占比为20%、TiC占比为10%时力学性能最优,硬度、断裂韧性、抗弯强度等分别为:20.3GPa、10.5MPa/m2及839.5MPa。在进行Al2O3/TiB2/TiC微纳米复合陶瓷刀具材料的制备时,当烧结工艺参数与模型设计的烧结工艺参数相同时,力学性能最优,分析其SEM照片,所构建模型能够正确反映微纳米复合陶瓷刀具材料微观结构的演变过程。
巩桐兆[2]（2021）在《合金凝固组织大尺度定量相场模拟与原位观察》文中提出金属材料的微观组织决定着其服役性能,而材料的最终组织状态与凝固过程密切相关。枝晶作为最常见的一种凝固微观组织,其形貌、尺寸以及溶质分布直接影响着最终铸件的质量。因此,深刻理解枝晶生长过程并采取适当的工艺加以调控,从而获得满足预期性能的铸件,是材料科学和冶金工程领域长期关注的问题。为了研究凝固微观组织演化过程,目前已发展出了一系列数值模拟方法,其中相场方法由于避免了显式地追踪形貌复杂的固-液界面而成为模拟枝晶生长的常用方法。然而受限于计算效率低的问题,目前大尺度定量相场模拟仍旧是一个极大的挑战。为提高相场模拟效率,实现凝固组织的大尺度定量相场模拟,本文构建了合金多晶凝固快速计算相场模型及高效率数值算法。同时,结合同步辐射X射线原位实时观察凝固实验,准确高效地再现了实验中合金凝固过程,并深入研究了溶质微观偏析和等轴晶生长动力学等凝固基础科学问题。主要研究内容和结论如下:（1）通过扩散界面模型的数学非线性预条件处理,将值在固相和液相为常数而在固-液界面区域非线性变化的相场变量,转换为在整个计算域内线性变化的新变量,使得定量相场模拟中的界面处网格尺寸分别增大至原始相场模型所需界面网格尺寸的2～4倍,从而极大地减少了计算量。对于多晶凝固问题,提出了一种高效率的取向界面前沿追踪法,避免了传统向量相场模型中复杂取向场控制方程的求解,使得多晶模拟效率提高了几个数量级。进一步地,在数值计算方法上,开发了二维（2D）和三维（3D）大规模并行自适应网格有限元法,用于高效率地求解相场控制方程。基于上述模型和数值计算方法,仅在普通工作站上便将2D和3D定量相场模拟的空间尺度分别扩大至厘米和毫米级别,并且可模拟的晶粒数量分别达到103和102数量级。（2）为明确枝晶生长2D和3D模拟的定量差别,基于已开发的高效率相场模型和计算方法,研究了纯扩散和强制流动作用下二元合金等轴晶的生长过程,定量比较了 2D和3D相场模拟的枝晶尖端生长动力学、形貌和溶质分布的差异。研究表明,由于溶质扩散和液相流动在3D空间具有更高的自由度,枝晶臂尖端前沿液相中富集的溶质可以更容易地扩散和跟随液体流动而被输运至其它液相区域,因此迎流侧枝晶臂尖端固-液界面液相侧溶质成分较低、浓度梯度较高、溶质边界层厚度较小,导致尖端生长速率较高而尖端半径较小。此外,3D和2D模拟中的尖端生长速率比值和尖端半径比值均不为常数,而是随过饱和度和液体入流速度在一个较大范围内变化。同时这两个比值均可以表示为生长Peclet数比值的幂函数。提高过饱和度和液体入流速度均可以减小2D和3D模拟结果的差异,但不能将其完全消除。（3）采用相场方法模拟了连续冷却条件下Al-Cu合金凝固过程,分析了晶粒细化、冷速和固相背扩散对凝固过程溶质微观偏析的影响。研究表明,对于具有置换型溶质元素合金体系的慢速凝固而言,晶粒细化、冷速和固相背扩散均不是影响微观偏析的关键因素。不同上述影响因素的模拟中,液相平均溶质成分和最大成分,以及固相分数和偏析指数,均不存在显着差异,并且处于杠杆定律和Scheil方程的预测之间。此外,根据相场模拟结果构建了一个微观偏析新模型。相较于现有的微观偏析模型,新模型可以更准确地预测凝固末期固相分数接近1时的液相溶质成分,同时保留了与杠杆定律和Scheil方程一致的简单易用性,便于植入CALPHAD软件和铸件宏观偏析模型中,用于相平衡计算、析出相预测以及宏观偏析相关的模拟计算。（4）采用相场方法结合同步辐射X射线原位实时观察实验,研究了 Al-Cu合金自临界晶核开始至碰撞生长结束全过程中的等轴晶生长动力学。研究表明,除了经典凝固理论所认识的稳态自由生长和碰撞生长之外,在凝固初期还存在着形核控制的生长阶段。该阶段的生长动力学特点:具有临界尺寸的初始晶核在形核过冷度驱动下快速生长,随后在固-液界面前沿富集的溶质影响下,生长速率达到极大值后又逐渐下降至极小值,期间开始发生球晶-枝晶转变。在经历极小值之后,晶体生长速率再次随过冷度的增加而增大,并逐渐进入通常的稳态自由生长阶段。根据形核控制生长阶段的晶体生长动力学演化特点,提出了一种精确测定合金凝固形核过冷度的动力学新方法,以此确定了 Al-Cu合金原位观察凝固实验中各个晶粒的形核过冷度,并开展了与实验样品尺寸相近的大尺度定量相场模拟。模拟结果与原位实时观察实验数据吻合很好,不仅再现了实验中观察到的等轴晶三阶段生长动力学过程,而且也验证了所提出的测定合金凝固形核过冷度新方法的可靠性。
刘鹏伟[3]（2020）在《基于物理模型和数据驱动的金属增材制造数值模拟方法研究》文中指出增材制造（Additive Manufacturing,AM）是一种将材料逐渐累加而制造实体零件的技术,这种方法可以解放结构设计桎梏,制造任意复杂几何零件,同时减少材料浪费,降低生产制造成本。因此,增材制造技术已经成为当今最具潜力的革命性工业制造手段。钛、镍合金因其优异的高比强度、良好的抗腐蚀性能和断裂韧性等综合性能,已经被广泛应用于航空航天领域、生物医学领域。随着3D打印技术的发展,关于钛、镍等高性能难加工材料的研究成为了热点,大量专家、学者已经投入到金属3D打印的理论研究中。实验发现钛、镍、铝合金等金属材料在3D打印过程中会产生大量粗化的柱状晶粒,同时伴随着裂纹和孔洞等缺陷。然而,金属增材制造过程中这些微观组织结构和缺陷的形成机制,以及微观组织结构与力学性能的定量关系尚未完全揭示。本文提出了适用于3D打印复杂几何零件计算仿真的三棱柱单元,建立了温度依赖晶粒生长相场模型,并结合基于快速傅里叶变换的晶体塑性理论,开发了用于金属增材制造工艺-结构-性能研究的计算框架,较为系统地分析了钛、镍合金电子束熔融制造中过程工艺参数、微观结构和力学性能之间的关系。最后,本文搭建了一套基于物理模型、数据驱动方法和实验数据的金属增材制造的计算平台,实现了打印过程参数的自动化选择。基于此思路,本文主要开展和完成如下研究内容:（1）提出了一种基于梯度光滑技术的线性六节点三棱柱单元,分析了Ti-6Al-4V合金电子束选区熔融过程中的瞬态温度场分布。研究发现,增大电子束功率,降低打印速度有利于提高最大温度,同时增大熔池的尺寸。随着打印高度的增加,最大温度有所提高,但是变化不大,与此相反,温度梯度却逐渐降低。（2）建立了温度依赖晶粒生长相场模型,分析了钛、镍合金电子束选区熔融制造过程中粗大的柱状晶形成机制,提出几种细化晶粒的方案,并分析柱状晶向等轴晶转化机制。研究发现,在方形件打印中,粗大的<001>β//Nz柱状晶粒占主导地位,而在薄壁件打印中,主要呈现向中心倾斜的柱状晶粒,这种特殊的柱状晶粒的形成是温度梯度和晶体优先生长机制竞争合作的结果。为了促进等轴晶粒的生成,细化晶粒结构,我们分析了线打印和跳点打印方案。研究发现,提高打印速度,增加预热温度,有利于降低温度梯度,增大凝固速率,进而增大溶质过冷,提高异种形核概率,最终促进柱状晶向等轴晶转化。（3）建立了一套研究金属增材制造工艺-结构-性能关系的计算框架,分析了Ti-6Al-4V合金3D打印过程中工艺参数与微观组织结构,微观组织结构与力学性能,以及过程工艺参数与力学性能之间的联系。研究发现,3D打印得到的等轴晶比柱状晶拥有更小的晶粒尺寸和更短的滑移长度,因此,等轴晶表现出更高的屈服强度。粗大的柱状晶粒结构具有明显的各项异性,Nz方向的延伸率明显高于Rx方向的延伸率。（4）搭建了一套基于物理模型、数据驱动方法和实验的适用于金属增材制造的计算平台,简化了现有的物理模型,提高了计算效率,建立了打印过程参数与微观组织结构,以及打印过程参数与力学性能之间的直接关系,对实际制造过程具有重要指导意义。
高启涵[4]（2020）在《1060铝合金激光焊焊缝晶粒生长及对接头力学性能的影响》文中研究说明在保证焊缝成型良好的前提下,焊接热输入直接影响着焊接接头的工作环境适应性和使用寿命。而焊缝区域往往是焊接接头性能最为薄弱的部位,通过制定正确的焊接工艺增强焊缝金属的力学性能可以有效的提升工件的质量。晶粒生长情况与力学性能变化密切相关,因此分析不同焊接热输入下焊缝晶粒生长及对其力学性能的影响,具有优化焊接工艺、提升焊接接头使用性能的重要意义。至今有许多学者对于焊缝晶粒生长情况进行了相关研究,但其研究手段往往局限在细观模拟或试验其中一种。本文在前人得出的理论基础上,采取试验与数值模拟相结合的手段,以1060铝合金作为试验材料进行了激光焊焊接试验及电子背散热衍射（EBSD）观测;利用组合热源模型进行宏观有限元模拟分析焊接接头在不同热输入下的温度场、热流分布及熔池形态的变化规律;通过蒙特卡洛（Monte Carlo,MC）法对焊缝区域晶粒生长进行细观模拟并与EBSD测试结果进行对比,分析在焊缝成型良好的前提下,不同热输入所造成的宏观因素变化对于晶粒生长的尺寸、拓扑结构、织构特性的影响。最后对焊接接头进行力学性能试验,研究1060铝合金焊缝区域晶粒生长差异与其焊接接头力学性能之间的联系。研究结果表明随着热输入的降低,温度场等温线逐渐收缩,晶界迁移能降低造成晶粒尺寸减小同时熔池形态从椭圆状逐渐被拉长为泪滴状;热输入降低的过程中焊缝中心逐渐出现致密的等轴晶,其对柱状晶生长起抑制作用;柱状晶的生长形态从弯曲变为笔直,生长走向与热流矢量一致皆垂直于凝固边界前沿并且与焊缝中心线夹角越来越大;EBSD结果显示当热输入降低到75J/mm及58J/mm时焊缝区域出现强烈的立方织构,立方织构的产生有助于提升焊接接头的塑韧性,同时大部分柱状晶都沿着<100>方向生长具有明显的择优取向;拉伸试验结果显示随着热输入的降低,接头的抗拉强度及延伸率首先逐渐提升,并在热输入为75J/mm时到达峰值,随后在热输入降低到58J/mm时出现回落。降低热输入会导致晶粒尺寸缩小晶界强化作用增强从而提升接头塑性;柱状晶本身具有各向异性,其生长方向与拉伸力逐渐趋于平行,因此随着热输入降低抗拉强度首先产生了提升的趋势;焊缝区域立方织构的存在同样有助于改善其力学性能。但当焊接速度过快会产生气孔缺陷,同样影响焊接接头的性能,使其抗拉强度下降。
肖水清[5]（2019）在《TiCN基陶瓷材料烧结过程中显微结构演化研究》文中指出TiCN基陶瓷材料由于具有较高的红硬性、耐磨性和抗氧化性等优良性能,被广泛应用于制作高速切削刀具材料等,然而,难烧结、韧性差成为限制它应用的瓶颈。在国内外研究中,大部分都是以Ti（C,N）基金属陶瓷为研究对象,对TiCN基陶瓷材料的研究却很少,并且金属陶瓷中由于存在Ni、Co等金属致使其强度、耐磨性和抗氧化性等大打折扣。为了满足市场对硬质陶瓷材料和耐磨材料日益增加的需求,对TiCN基陶瓷材料的研发迫在眉捷。基于以降低烧结温度和提高致密度为目的,本文分别以TiCN基陶瓷材料和TiCN基金属陶瓷为研究对象,运用固相烧结、液相烧结和瞬时液相烧结等方法,研究它们在烧结过程中的显微结构演化规律等,通过掌握其显微组织结构演化相关理论,以便指导研发性能优良的TiCN基陶瓷材料。首先,本文选择以钇铝石榴石（Y3Al5O12,简称YAG）为添加剂,利用热压烧结工艺制备TiCN基复合陶瓷,利用场发射扫描显微镜、XRD分析、晶粒大小和致密度测试,研究TiCN基陶瓷材料的固相烧结过程中显微结构演化。研究结果表明,YAG不与TiCN发生反应,能与TiCN晶粒很好的结合,可以抑制TiCN基陶瓷晶粒长大,显着降低TiCN基陶瓷烧结温度,促进陶瓷烧结的致密化,是很好的烧结助剂。通过对TiCN基陶瓷材料的固相烧结机理的研究还发现,TiCN基陶瓷材料的固相烧结过程中晶粒生长取决于晶界的迁移、孔洞与晶界之间的反应,晶粒生长过程主要是表面扩散与晶界扩散机制起主导作用的;这样的烧结机制导致YAG-TiCN复合陶瓷基体晶粒生长过程中形成晶粒内结构和晶粒间结构的亚微米级颗粒和气孔;当添加3 wt%的YAG,YAG-TiCN复合陶瓷在较低的温度1450℃时就可达到完全致密,相对密度为99.81%。其次,本文选择添加熔点低的五氧化二铌（分子式为:Nb2O5）材料为烧结助剂,利用热压烧结工艺制备Nb2O5-TiCN复相陶瓷,采用与固相烧结过程测试方法相同的技术手段,研究TiCN基陶瓷材料在液相烧结过程中的显微结构演化。研究结果表明,Nb2O5是TiCN复合陶瓷材料的有效烧结助剂,既可降低TiCN陶瓷材料烧结温度又可抑制其晶粒长大,促进TiCN陶瓷材料的致密化。它的致密化过程分两个阶段进行,第一是固相烧结阶段,固溶在促进TiCN陶瓷材料致密化过程中起主要作用;第二是液相烧结阶段,液相出现后,加速TiCN陶瓷材料颗粒重排,溶解—沉淀—析出致密化机理起主要作用。即使添加1 wt%的Nb2O5已初显Nb2O5对于TiCN复相陶瓷的致密化和晶粒细化具有促进作用。当添加量为2 wt%的Nb205,在热压烧结工艺下,烧结温度为1450℃时就可获得99.6%的相对密度。另外,本文还选择LiYO2作为烧结助剂,研究TiCN基陶瓷材料的瞬时液相烧结过程的显微结构演化过程。研究结果表明,LiYO2也是一种很好的烧结助剂;其中,液相的量和烧结温度是决定TiCN陶瓷材料的瞬时液相烧结是否致密的主要因素。当LiYO2含量达到6 wt%,烧结温度为1400℃时,TiCN基复合陶瓷才能够致密化。最后,以Ti（C,N）基金属陶瓷为研究对象,主要从三个方面对其烧结过程中的显微结构展开研究。（1）用真空烧结方法,对60%Ti（C0.5,N0.5）-15%Co-12%Mo-12%WC-1%C 的金属陶瓷进行研究。结果表明:Ti（C,N）基金属陶瓷压坯的烧结收缩行为表现为:在1000℃—1100℃之间,压坯先膨胀;然后又开始收缩,1300℃时出现急剧收缩。固相烧结阶段形成内环相,液相烧结阶段形成外环相;根据显微结构的演化规律画出其主要演化示意图。（2）应用高温热膨胀仪研究Ti（C,N）基金属陶瓷的主烧结曲线,通过建立其主烧结曲线的方法来研究金属陶瓷的致密化过程。结果发现:Ti（C,N）基金属陶瓷的表观激活能是485 KJ/mol;可以运用主烧结曲线ρ～Θ的关系,准确预测陶瓷烧结致密化的整个过程,预测产品的相对密度和最终收缩量。（3）采用计算机模拟进行TiCN基金属陶瓷烧结行为的模型构建。通过对于Ti（C,N）基金属陶瓷的晶粒取向数、晶格细分数的选择性输入,系统能量变化等控制过程,输出晶粒生长速度、晶粒大小变化和气孔、晶界的演化模拟过程进行可视化的模拟。结果发现,晶粒随着模拟时间的增加不断长大,大约在225模拟时间步长（MCS）时趋向于亚稳态,晶粒的生长开始趋缓慢。晶粒的整体数目随着模拟时间的增加不断减少,而平均晶粒尺寸明显增大,小晶粒变小或被吞噬,大晶粒不断长大。这与Ti（C,N）基金属陶瓷烧结过程的颗粒扩散、在液相中溶解与过饱和后在大颗粒表面析出的实验观察高度吻合。
张鹏[6]（2019）在《多晶材料烧结过程中晶粒组织演化规律的数值模拟研究》文中进行了进一步梳理材料的力学、电学、磁学等性能,不仅与其化学组成相关,还取决于材料内部的微结构分布特征。通过优化、设计微结构,可以大大提高材料的性能。晶粒长大及组织演化等晶粒生长现象对材料性能有重要的影响,系统地研究多晶材料晶粒长大过程及其动力学对材料组织演化规律、材料性能预测有重要的理论和工程意义。本论文基于材料热力学与相变动力学,推导了多孔多晶陶瓷材料烧结过程的相场模型;基于数值模拟,研究了不同形状的第二相颗粒对多晶晶粒长大的钉扎效应和生长动力学过程的影响;考虑到烧结过程中孔隙的扩散,研究了多孔陶瓷烧结过程中的孔隙变形和晶界迁移过程,分析总结了多晶材料中晶粒组织的演变动力学规律,为深入理解多晶材料的微观组织演化过程和多晶材料的微观组织设计奠定了基础。（1）采用相场法,模拟了不同形状、体积分数的硬质颗粒嵌入多晶材料中的晶粒组织形态的演变过程。结果表明,在晶粒组织生长过程中,椭圆颗粒对晶粒生长有较好的延缓作用;与单向椭圆颗粒相比,双向椭圆颗粒对晶界钉扎作用更大,钉扎效率更高。单向长条颗粒和双向长条颗粒的钉扎效果最好,形成的晶粒组织更细小,平均晶粒半径更小;当长条颗粒位于晶界且方向与晶界方向一致时,系统的晶界面积减少最多,系统界面能最小,这符合系统的演化趋势。对于所有类型的颗粒,随着体积分数的增加,颗粒的钉扎效应都增强。（2）基于相变动力学,从Zener理论出发,分析了不同形状的第二相硬质颗粒对晶界钉扎力影响的差异,确定了晶粒尺寸与硬质颗粒形状、含量之间的关系;基于Zener关系,分析和讨论了硬质颗粒形状对晶粒尺寸的影响,并计算了不同形状第二相硬质相颗粒引起钉扎力的大小。根据计算钉扎力的大小,解释了第二相硬质相颗粒的形状对晶粒生长钉扎效率的影响。结果表明,临界晶粒尺寸估计值（K,b）与颗粒的形状高度相关。钉扎效应主要取决于颗粒与晶界的相互作用,并且颗粒的形状导致颗粒与晶界之间不同的接触方式,从而对晶界迁移产生不同的钉扎作用力。（3）考虑到烧结过程中孔隙的扩散,利用相场法研究了多孔陶瓷烧结过程中的孔隙变形和晶界迁移现象,模拟了不同形状、尺寸、气孔率的孔隙与晶界的相互作用及其对微结构形成的影响。结果表明,孔隙—晶粒微结构是由其接触方式决定,接触方式与孔隙大小和形状密切相关。晶界迁移和孔隙变形的大小取决于晶粒与孔隙界面的钉扎力的大小。晶界微孔会随着烧结而收缩,导致微孔终止于晶界的结合处。在烧结过程中,孔隙的存在将导致孔表面附近晶粒的粗化增强,并且晶粒的生长也显着地改变了孔隙的形状,导致不规则的多边形孔隙被相对较大的晶粒包围。相交于大孔隙表面的晶界往往与孔隙表面垂直,这是由取向相关的晶界扭曲造成的。
申刚[7]（2018）在《双相钢连续退火过程组织演变的计算模拟》文中研究表明先进高强钢因其优异的综合性能在汽车工业得到了广泛的应用。双相钢作为第一代先进高强钢的代表之一,兼具高强度和良好的成形性,是汽车制造中应用最广泛的先进高强钢。双相钢的工业生产以连续退火工艺为主,其热处理过程伴随着一系列复杂的物理冶金现象,如铁素体再结晶、渗碳体球化、奥氏体化转变以及奥氏体-铁素体转变等。这些物理冶金现象相继或同时发生,彼此之间可能存在复杂的相互作用关系。上述转变过程的微小变化可能导致最终获得的双相钢微观组织发生显着改变,而材料的微观组织结构是决定其宏观力学性能的主要因素,因此,研究双相钢连续退火过程中微观组织的演变行为,对材料成分设计以及加工工艺制定与优化具有十分重要的意义。本文主要从介观尺度对冷轧双相钢连续退火过程中发生的相关物理冶金现象进行建模与模拟,并最终实现冷轧双相钢连续退火全流程的微观组织演变模拟与组织预报。本文首先建立了一种数字化材料表示（DMR）算法,以实现基于真实微观组织结构数据的材料微结构几何模型自动化建立,并在该算法的基础上通过晶体塑性有限元方法（CPFEM）对双相钢微结构模型在虚拟拉伸条件下的组织变形进行了模拟研究。DMR算法以图像分析处理以及元胞自动机（CA）晶粒生长算法为基础,能够对材料组织金相图片和EBSD数据中的微观组织特征进行自动识别与处理,从而实现材料微结构几何模型的自动化建立。由DMR算法建立的材料微结构模型能够真实反映微观组织组成相以及晶粒间的几何拓扑关系和晶粒取向信息,从而为后续变形和退火过程中的微观组织演变模拟提供了可靠的初始组织模型数据支持。双相钢微结构拉伸变形的CPFEM模拟结果表明,双相多晶组织变形在介观尺度是极不均匀的。由于组织组成相以及晶粒之间的性能差异,变形组织内将产生非均匀分布的应力和应变场,同时单个铁素体晶粒以及马氏体岛内部也存在明显的应力和应变梯度。模拟得出的应变带分布、应变集中位置以及整体应力-应变曲线与实验结果基本相符,从而验证了DMR-CPFEM模型的有效性以及模拟结果的准确性。为了研究双相钢组织变形不均匀性对退火过程中铁素体再结晶组织演变的影响,本文建立了CPFEM-CA耦合模型对再结晶过程的微观组织演变进行模拟。双相钢冷轧后变形组织的几何拓扑结构、晶粒取向以及变形储能分布由CPFEM模拟得出,并通过近邻映射算法映射至元胞自动机模型的求解域中作为再结晶组织演变模拟的初始条件。模拟结果表明,退火过程中铁素体再结晶的晶粒形核与生长行为和双相钢轧制后产生的组织变形不均匀性紧密相关。再结晶晶粒优先在铁素体基体内变形储能较高的区域形核生长,从而使得最终的再结晶组织在形貌和晶粒尺寸分布上均呈现明显的非均匀特性。模拟得到的铁素体再结晶转变动力学以及微观组织形貌特征与实验结果基本相符。退火过程中奥氏体在珠光体组织内形成的同时伴随着铁素体和渗碳体溶解。本文在渗碳体片层尺度分别针对单片层理想珠光体结构以及珠光体团簇结构在奥氏体化过程中发生的界面迁移行为进行了精细模拟。对于单片层理想珠光体结构,奥氏体向珠光体片层生长过程中,其界面迁移在Gibbs-Thomson效应的作用下将由开始阶段的瞬态模式逐渐向稳态模式过渡。由于奥氏体界面前沿的碳浓度差异,奥氏体在生长过程中将形成波浪形界面,并在稳态模式下以恒定的生长速度与界面形状向铁素体和渗碳体片层推进。对于珠光体团簇结构,退火过程中渗碳体片层各处的溶解速度在界面曲率的作用下存在差异。随着渗碳体溶解,其周围铁素体和奥氏体内将形成非均匀分布的碳浓度场,并在Gibbs-Thomson效应的作用下促使渗碳体发生球化。同时,在珠光体团簇结构以及渗碳体球化的影响下,奥氏体化过程中奥氏体界面迁移始终以瞬态模式进行,其界面形状和迁移速度随着界面位置和时间的改变而动态变化。最后,本文采用CPFEM-CA耦合模型对冷轧双相钢临界区退火过程的微观组织演变进行了模拟,包括铁素体再结晶、奥氏体化转变以及奥氏体-铁素体转变。其中,元胞自动机模型采用了一种双尺度元胞对珠光体团簇内的铁素体和渗碳体结构进行描述,以实现渗碳体溶解过程中碳元素的转移与扩散模拟。模拟结果动态揭示了冷轧双相钢临界区退火过程中铁素体再结晶和奥氏体化转变相互作用下的微观组织演变动力学与形貌特征。铁素体/珠光体组织的奥氏体化转变以先快后慢的两阶段形式进行,分别对应珠光体-奥氏体转变以及铁素体-奥氏体转变。奥氏体在铁素体-铁素体晶界形核和生长过程中与铁素体再结晶发生相互作用,并随着再结晶的进行最终演变为项链状分布的晶界奥氏体以及颗粒状分布的晶内奥氏体。加热速度和退火温度决定了铁素体再结晶和奥氏体化转变的相互作用程度,进而对最终的微观组织形貌产生显着影响。CPFEM-CA耦合模型较好地预测了冷轧双相钢在模拟的工业连续退火流程下的微观组织演变动力学与形貌特征,模拟结果与实验测定的转变动力学数据以及组织金相特征基本相符。
谷婷婷[8]（2018）在《氧化铝复合陶瓷刀具材料微观组织演变模拟》文中指出陶瓷刀具具有耐高温,耐磨、硬度高等优点,广泛应用于精密加工领域,但其断裂韧性较低,限制了其广泛应用。微观组织是影响材料力学性能的重要因素,因此,通过模拟陶瓷刀具材料烧结过程中微观组织的演变,对其力学性能进行预测,可缩短刀具开发周期,降低生产成本,提高生产效率。本文从晶粒生长的晶界迁移理论出发,分析了影响晶粒长大的因素,并改进经典蒙特卡洛模拟方法,使用Matlab软件在组织中加入气孔相,不仅使模拟更接近实际烧结情况,且提高了模拟效率,本文研究内容如下:（1）模拟研究了第二相含量、第二相粒度、晶界能之比、烧结温度和烧结压力对微观组织的影响。模拟表明,第二相含量越高、粒度越小,对晶粒的细化效果越明显,呈“晶内型”分布的第二相颗粒占比越高;当两相晶界能比值相同时,得到呈“晶内型”分布的第二相颗粒占比较高,但第二相颗粒对基体相的钉扎效果不明显,当两相晶界能比值不同时,情况相反;烧结温度越高,晶粒生长越快,呈“晶内型”分布的第二相颗粒占比越高;烧结压力对微观组织无明显影响;通过改变以上参数可将呈“晶内型”分布的第二相比例控制在23.5%27.6%。（2）建立了BP神经网络,用训练好的神经网络对论文中模拟的组织进行了力学性能预测,将微观组织与力学性能建立联系。结果显示,第二相含量升高导致的“晶内型”第二相颗粒占比高达27.6%,其抗弯强度较高,硬度和断裂韧性却较低;第二相粒度、烧结温度和烧结压力不同时,得到组织的“晶内型”第二相占比均在23.5%26%,在此范围,“晶内型”第二相比例提高时,三种力学性能均有不同程度的提高。（3）设计并进行了复合陶瓷刀具材料热压烧结实验,观察断口形貌并测定试样力学性能,与微观组织模拟结果和力学性能预测结果接近。
郭茂[9]（2017）在《晶须增韧陶瓷刀具材料微观组织演变的模拟研究》文中研究表明晶须增韧陶瓷刀具材料的出现一定程度上克服了传统陶瓷刀具材料断裂韧度低的缺点,拓宽了陶瓷刀具的应用范围。传统的晶须增韧陶瓷刀具材料的开发多采用“试凑法”进行,无法分析烧结工艺参数间的相互影响,研发成本高、周期长。本文建立了各向异性晶须增韧陶瓷刀具材料微观组织的蒙特卡洛模型,模拟研究了晶须增韧陶瓷刀具材料在不同材料组分、不同烧结工艺条件下的微观组织演变行为,为晶须增韧陶瓷刀具材料的开发提供理论依据。建立了耦合烧结工艺参数的无缺陷晶须增韧陶瓷刀具材料微观组织的三维蒙特卡洛波茨模型,设计了材料的微观组织演变模拟算法,开发了三维模拟软件WRCTM-3DMS。模拟研究了晶须增韧陶瓷刀具材料中晶须分布状态对材料微观组织演变的影响。结果表明,呈三方向分布的晶须对基体晶粒的钉扎作用最强,呈两方向分布的晶须次之,单方向分布的晶须对基体晶粒的钉扎作用最弱:呈两方向或三方向分布的晶须形成的共同钉扎点强化了晶须对基体晶粒的钉扎作用。模拟研究了晶须增韧陶瓷刀具材料中晶须体积含量对材料微观组织演变的影响。结果表明,晶须能有效地抑制基体晶粒的生长,当晶须长径比一定时,晶须对基体晶粒生长的抑制作用随着晶须体积含量的增加而增强。模拟研究了晶须增韧陶瓷刀具材料中晶须长度对材料微观组织演变的影响。结果表明,当晶须体积含量和直径一定时,晶须对基体晶粒的钉扎作用随着晶须长度的增加而增强。模拟研究了晶须增韧陶瓷刀具材料中晶须直径对材料微观组织演变的影响。结果表明,当晶须体积含量和长度一定时,晶须对基体晶粒的钉扎作用随着晶须直径的增大而减弱。模拟研究了晶须增韧陶瓷刀具材料的基体平均初始晶粒直径对材料微观组织演变的影响。结果表明,当晶须体积含量和长径比一定时,基体平均初始晶粒直径越大,则演变稳态后基体平均晶粒半径越大,基体晶粒生长速率越低,晶粒生长进入稳态所需的演变时间越短,最终进入基体晶粒内部的晶须数越少。建立了耦合烧结工艺参数的含有烧结助剂的晶须增韧陶瓷刀具材料微观组织的三维蒙特卡洛波茨模型,模拟研究了烧结助剂含量、烧结工艺参数对微观组织演变的影响。结果表明,当烧结助剂间的界面能与基体晶界能相同时,烧结助剂对基体晶粒生长的抑制作用随着烧结助剂含量的增加而增强;基体晶粒平均半径随着烧结温度、烧结压力的升高而增大,但烧结温度的影响更显着。建立了同时含有烧结助剂和气孔的晶须增韧陶瓷刀具材料微观组织的三维蒙特卡洛波茨模型,实现了含有气孔的微观组织演变模拟。结果表明,气孔的迁移和湮灭消耗了系统大量的能量,阻碍了基体晶粒生长。初始气孔含量越高,气孔对基体晶粒生长的阻碍作用越强;材料的致密化速率和材料的相对致密度随着随初始气孔含量的增加而降低。以Al2O3/SiC晶须增韧陶瓷刀具材料的烧结实验验证了本文所建立的模拟模型和模拟结果的正确性。
王岗,刘艳,徐宗畅,肖岗,张耀予,谭凯,林一歆[10]（2016）在《晶粒正常生长的Monte Carlo模拟》文中研究指明本文建立了晶界能各向同性情况下晶粒生长的二维Monte Carlo模型,并对等温情况下的晶粒生长过程进行了模拟。在模拟过程中,对传统Monte Carlo方法中能量与概率统计方法进行了改进。为了更加直观地显示出晶粒生长过程中系统能量的变化,统计了在整个晶粒生长过程中能量的变化趋势,结果与晶粒尺寸变化相符合。模拟得到的晶粒生长指数在0.350.45之间,与理论值相符,证明了改进方法的可靠性。
二、Modification of computer simulation of normal grain growth（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、Modification of computer simulation of normal grain growth（论文提纲范文）
（1）基于微观结构演变模拟的陶瓷刀具工艺设计及制备（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 背景及意义 |
| 1.2 微纳米复合陶瓷刀具材料 |
| 1.3 材料微观结构演变的计算机模拟方法 |
| 1.4 放电等离子体烧结 |
| 1.5 存在的问题 |
| 1.6 论文安排与主要工作 |
| 2 陶瓷刀具材料晶粒的生长的影响因素 |
| 2.1 晶粒生长驱动力 |
| 2.2 晶界迁移率 |
| 2.3 正常晶粒生长理论 |
| 2.4 异常晶粒生长理论 |
| 2.5 微纳米复合陶瓷刀具材料晶粒生长的影响因素 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 微纳米复合陶瓷刀具材料演变模拟 |
| 3.1 元胞自动机的方法 |
| 3.2 元胞自动机的选型 |
| 3.2.1 网格形状 |
| 3.2.2 邻接类型 |
| 3.2.3 边界条件 |
| 3.3 元胞自动机模型的中心元胞变换规则 |
| 3.4 元胞自动机模型的改进 |
| 3.4.1 晶粒去直角规则的建立 |
| 3.4.2 构建改进的Q值赋予方法 |
| 3.5 微纳米复合陶瓷刀具材料微观结构演变模拟 |
| 3.5.1 纳米相颗粒对陶瓷刀具材料微观结构的影响 |
| 3.5.2 微纳米复合陶瓷刀具材料微观结构演变模拟 |
| 3.6 陶瓷刀具材料气孔模拟 |
| 3.6.1 陶瓷材料的烧结致密化过程 |
| 3.6.2 含有气孔的陶瓷刀具材料微观结构演变模拟 |
| 3.7 微纳米复合陶瓷刀具材料微观结构演变模拟系统的建立 |
| 3.8 本章小结 |
| 4 基于微纳米复合陶瓷刀具材料微观结构演变模拟的工艺设计 |
| 4.1 烧结温度的设计 |
| 4.1.1 烧结温度对晶粒生长的影响 |
| 4.1.2 烧结温度耦合 |
| 4.1.3 烧结温度与微观结构演变关系 |
| 4.2 保温时间的设计 |
| 4.2.1 保温时间对晶粒生长的影响 |
| 4.2.2 保温时间耦合 |
| 4.2.3 保温时间与微观结构演变关系 |
| 4.3 烧结压力的设计 |
| 4.3.1 烧结压力对晶粒生长的影响 |
| 4.3.2 烧结压力耦合 |
| 4.3.3 烧结压力与微观结构演变关系 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 Al_2O_3/TiB_2/TiC微纳米复合陶瓷刀具材料制备 |
| 5.1 Al_2O_3/TiB_2/TiC微纳米复合陶瓷刀具材料的制备 |
| 5.1.1 材料的制备 |
| 5.1.2 Al_2O_3/TiB_2/TiC陶瓷刀具材料试样的制备 |
| 5.2 材料性能测试与表征 |
| 5.2.1 抗弯强度的测量 |
| 5.2.2 硬度的测量 |
| 5.2.3 断裂韧性的测量 |
| 5.3 组分优化 |
| 5.4 烧结工艺对材料力学性能及微观结构的影响 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文及成果 |
| 致谢 |
（2）合金凝固组织大尺度定量相场模拟与原位观察（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 枝晶生长实验观察 |
| 1.3 枝晶生长解析理论 |
| 1.3.1 枝晶生长中的热溶质传输 |
| 1.3.2 稳态枝晶生长理论 |
| 1.4 枝晶生长数值模拟 |
| 1.4.1 相场法理论基础 |
| 1.4.2 枝晶生长相场模拟 |
| 1.5 本文研究的目的、意义和主要内容 |
| 1.6 本章小结 |
| 第2章 大尺度多晶定量相场模拟快速计算方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 大尺度多晶相场模拟快速计算模型及数值计算方法 |
| 2.2.1 相场模型的数学非线性预条件处理 |
| 2.2.2 多晶凝固过程中的晶界能与晶粒取向计算 |
| 2.2.3 数值计算方法 |
| 2.2.4 数值模拟测试 |
| 2.3 Al-Cu合金多晶凝固大尺度定量相场模拟 |
| 2.3.1 模型描述及数值计算 |
| 2.3.2 模拟结果分析与讨论 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 2D和3D相场模拟定量对比 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 模型描述及数值计算方法 |
| 3.2.1 耦合液体流动的二元合金凝固定量相场模型 |
| 3.2.2 界面层宽度W_0的收敛性测试 |
| 3.2.3 数值计算方法 |
| 3.3 模拟结果分析与讨论 |
| 3.3.1 模拟结果后处理 |
| 3.3.2 模拟结果与经典晶体生长理论对比 |
| 3.3.3 等轴晶形貌和液体流动 |
| 3.3.4 溶质成分 |
| 3.3.5 尖端生长速率和半径 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 二元合金凝固过程微观偏析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 模型描述及数值计算方法 |
| 4.3 二元合金凝固过程微观偏析动力学 |
| 4.3.1 晶粒细化对微观偏析的影响 |
| 4.3.2 冷速对微观偏析的影响 |
| 4.3.3 固相背扩散对微观偏析的影响 |
| 4.4 二元合金凝固微观偏析新模型 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 等轴晶生长动力学及形核过冷度确定新方法 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 模型描述及数值计算方法 |
| 5.3 合金等轴晶生长动力学 |
| 5.3.1 Al-Cu合金等轴晶生长3D定量相场模拟 |
| 5.3.2 形核控制生长阶段的原位观察验证 |
| 5.4 合金凝固形核过冷度确定方法 |
| 5.4.1 形核控制生长阶段特征值与形核过冷度的关系 |
| 5.4.2 Al-Cu合金凝固大尺度定量相场模拟 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其它研究成果 |
| 作者简介 |
（3）基于物理模型和数据驱动的金属增材制造数值模拟方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 新材料技术与钛、镍合金 |
| 1.3 金属增材制造技术的现状和问题 |
| 1.3.1 金属增材制造技术 |
| 1.3.2 金属增材制造实验研究及问题 |
| 1.3.3 增材制造数值模拟方法研究进展 |
| 1.4 本文的研究目的和主要研究内容 |
| 第2章 金属增材制造宏观温度场数值模拟研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 金属增材制造数学-物理模型 |
| 2.2.1 电子束选区熔融模型和假设 |
| 2.2.2 能量守恒——热传导方程 |
| 2.2.3 热源模型选择 |
| 2.2.4 初始边界条件 |
| 2.3 三棱柱有限元法 |
| 2.3.1 光滑三棱柱热传导矩阵和系统离散方程 |
| 2.3.2 瞬态非线性热传导方程求解 |
| 2.3.3 算例分析 |
| 2.4 电子束选区熔融制造航空发动机叶片 |
| 2.4.1 步进激活方法和增材制造计算过程 |
| 2.4.2 熔池尺寸验证 |
| 2.4.3 结果和讨论 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 钛合金电子束熔融制造晶粒结构演化机制研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 温度依赖晶粒生长相场模型 |
| 3.2.1 基于有限元法的热传导模型 |
| 3.2.2 晶粒生长相场模型 |
| 3.2.3 有限元模型和相场模型热信息传递关系 |
| 3.2.4 输入参数 |
| 3.3 Ti-6Al-4V合金SEBM制造模拟结果 |
| 3.3.1 温度分布 |
| 3.3.2 晶粒结构和织构演化过程 |
| 3.3.3 实验验证 |
| 3.4 晶粒结构演化机制分析和讨论 |
| 3.4.1 晶粒结构和织构演化机制 |
| 3.4.2 打印速度对晶粒生长的影响 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 镍合金电子束熔融制造柱状晶向等轴晶转化机制研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 数值模型 |
| 4.3 两种打印方案研究 |
| 4.4 结果和讨论 |
| 4.4.1 微观组织形貌和柱状晶向等轴晶转化机制 |
| 4.4.2 凝固过程晶粒结构G-R图 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 金属增材制造工艺-结构-性能关系的数值模拟研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 基于有限元法的3D热模型 |
| 5.3 晶粒生长相场模型 |
| 5.3.1 温度依赖晶粒演化 |
| 5.3.2 异种形核机制 |
| 5.3.3 两相层片状α+β微观组织结构 |
| 5.4 EVP-FFT微力学模型 |
| 5.4.1 基于FFT的粘弹塑性理论 |
| 5.4.2 硬化准则—Voce模型 |
| 5.5 AM打印Ti-6Al-4V合金的结果和讨论 |
| 5.5.1 打印工艺—微观组织结构关系研究 |
| 5.5.2 微观组织结构—力微学性能研究 |
| 5.5.3 多尺度计算框架研究展望 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 基于物理模型、数据驱动代理模型和实验的智能增材制造研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 金属材料AM过程中不确定性问题描述及其解决方案 |
| 6.3 基于代理模型的数据驱动计算方法 |
| 6.3.1 不确定源 |
| 6.3.2 设计目标及目标函数评估 |
| 6.3.3 数据驱动代理模型 |
| 6.3.4 优化模型求解 |
| 6.4 数据驱动模拟结果分析 |
| 6.4.1 宏观温度场 |
| 6.4.2 微观组织结构预测 |
| 6.4.3 3D打印件力学性能 |
| 6.4.4 讨论 |
| 6.5 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 主要内容和创新性研究成果 |
| 研究展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间研究成果和发表的学术论文情况 |
| 主持和参与的主要研究项目 |
| 主持的研究项目 |
| 参与的主要研究项目 |
| 学术论文和报告 |
| 会议论文和报告 |
| 已发表和录用的期刊论文 |
| 致谢 |
（4）1060铝合金激光焊焊缝晶粒生长及对接头力学性能的影响（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及选题意义 |
| 1.2 激光焊的发展及其数值模拟 |
| 1.2.1 激光焊的分类及特点 |
| 1.2.2 铝合金激光焊接的研究现状 |
| 1.2.3 激光焊接热源模型的研究进展 |
| 1.3 焊缝晶粒生长模拟的研究与进展 |
| 1.3.1 CA法的内容及研究进展 |
| 1.3.2 PF法的内容及研究进展 |
| 1.3.3 MC法的内容及研究进展 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 第二章 试验方法及数值模拟理论基础 |
| 2.1 试验材料 |
| 2.2 试验方法及设备 |
| 2.2.1 激光焊焊接试验 |
| 2.2.2 EBSD分析试验 |
| 2.2.3 拉伸试验 |
| 2.2.4 弯曲试验 |
| 2.3 组合热源模型理论基础 |
| 2.3.1 高斯表面热源模型 |
| 2.3.2 双椭球体热源模型 |
| 2.3.3 锥体热源模型 |
| 2.4 MC法晶粒长大模拟理论基础 |
| 2.4.1 定义初始晶粒结构 |
| 2.4.2 晶界迁移过程算法 |
| 2.4.3 晶粒生长概率 |
| 本章小节 |
| 第三章 焊接热场模拟与结果分析 |
| 3.1 焊接热场宏观模拟计算流程 |
| 3.2 ABAQUS CAE模拟过程 |
| 3.2.1 温度相关性能参数设定 |
| 3.2.2 分析步设定 |
| 3.2.3 载荷—边界及接触设定 |
| 3.2.4 网格划分 |
| 3.3 焊接热源模型的建立 |
| 3.3.1 组合热源的选择 |
| 3.3.2 组合热源模型编写与校核 |
| 3.4 宏观模拟结果 |
| 3.4.1 温度场及熔池边界形态分析 |
| 3.4.2 热流密度场分析 |
| 本章小结 |
| 第四章 焊缝晶粒长大的结果与分析 |
| 4.1 MC模拟时间步长与真实时间的换算 |
| 4.1.1 换算理论公式的推导 |
| 4.1.2 温度与时间变化数据的获取 |
| 4.1.3 换算系数运算过程及结果 |
| 4.2 细观晶粒生长模拟过程 |
| 4.2.1 MC法模拟流程 |
| 4.2.2 修正的Potts模型参数设定 |
| 4.2.3 细观模拟假设条件 |
| 4.3 晶粒生长结果分析 |
| 本章小结 |
| 第五章 焊缝晶粒织构特性及力学性能分析 |
| 5.1 EBSD测试结果分析 |
| 5.1.1 晶界角度分布结果 |
| 5.1.2 织构变化结果 |
| 5.1.3 柱状晶生长取向分析 |
| 5.2 力学性能结果讨论 |
| 5.2.1 弯曲试验结果 |
| 5.2.2 拉伸试验结果 |
| 本章小节 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间已发表论文 |
| 致谢 |
（5）TiCN基陶瓷材料烧结过程中显微结构演化研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 国内外研究概况 |
| 1.2.1 研究历程 |
| 1.2.2 TiCN晶体结构 |
| 1.2.3 Ti(C,N)基金属陶瓷的显微结构 |
| 1.2.4 TiCN陶瓷材料的应用 |
| 1.2.5 TiCN基陶瓷材料性能的影响因素 |
| 1.3 烧结基本理论 |
| 1.3.1 烧结类型 |
| 1.3.2 烧结助剂的固溶体基本原理 |
| 1.3.3 晶粒生长理论 |
| 1.3.4 主烧结曲线(MSC)原理 |
| 1.3.5 蒙特卡罗模拟方法 |
| 1.4 选题意义及主要研究内容 |
| 1.4.1 选题意义和目的 |
| 1.4.2 主要研究内容 |
| 第二章 实验设备与方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验原材料 |
| 2.2.1 实验原料配方 |
| 2.2.2 样品理论密度 |
| 2.3 实验设备 |
| 2.4 实验方法 |
| 2.4.1 实验操作 |
| 2.4.2 烧结方法 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 TiCN基陶瓷材料固相烧结过程中显微结构演化 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验 |
| 3.2.1 原料与配方 |
| 3.2.2 试样的制备 |
| 3.2.3 测试与分析 |
| 3.3 实验结果与讨论 |
| 3.3.1 烧结前粉体SEM图 |
| 3.3.2 物相分析 |
| 3.3.3 烧结温度对显微结构的影响 |
| 3.3.4 显微结构的演化 |
| 3.4 TiCN陶瓷材料固相烧结机理 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 TiCN基陶瓷材料液相烧结过程中显微结构演化 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验 |
| 4.2.1 原料与配方 |
| 4.2.2 试样的制备 |
| 4.2.3 测试与分析 |
| 4.3 实验结果与讨论 |
| 4.3.1 物相分析 |
| 4.3.2 显微结构的演化分析 |
| 4.3.3 Nb_2O_5-TiCN复相陶瓷致密化机理 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 TiCN基陶瓷瞬时液相烧结过程中显微结构演化 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验 |
| 5.2.1 LiYO_2原料制备 |
| 5.2.2 试样的制备 |
| 5.2.3 测试与分析 |
| 5.3 实验结果与讨论 |
| 5.3.1 烧结前粉体SEM和XRD图 |
| 5.3.2 烧结体样品物相分析 |
| 5.3.3 显微结构演化 |
| 5.3.4 讨论 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 Ti(C,N)基金属陶瓷烧结过程中显微结构演化 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 实验 |
| 6.2.1 实验过程 |
| 6.2.2 样品的测试 |
| 6.3 实验结果与讨论 |
| 6.3.1 试样背散射下的SEM图 |
| 6.3.2 试样的断口形貌图 |
| 6.3.3 能谱成分分析 |
| 6.3.4 收缩率与密度 |
| 6.3.5 显微结构的演变 |
| 6.4 烧结过程中显微结构的演化示意图 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 应用MSC研究Ti(C,N)基金属陶瓷的致密化 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 实验方法与过程 |
| 7.2.1 实验样品 |
| 7.2.2 实验过程 |
| 7.2.3 样品的理论密度 |
| 7.3 实验结果 |
| 7.3.1 粉末的SEM图 |
| 7.3.2 Ti(C,N)基金属陶瓷烧结的收缩曲线 |
| 7.4 主烧结曲线的建立 |
| 7.4.1 相对密度分布图 |
| 7.4.2 表观激活能的求解 |
| 7.4.3 MSC曲线的建立 |
| 7.5 主烧结曲线的实验验证 |
| 7.5.1 线性收缩的验证 |
| 7.5.2 MSC曲线的验证 |
| 7.6 讨论 |
| 7.7 本章小结 |
| 第八章 Ti(C,N)基金属陶瓷的晶粒长大模拟 |
| 8.1 引言 |
| 8.2 实验方法 |
| 8.3 MSC数值模拟方法 |
| 8.4 晶粒长大模型 |
| 8.5 晶粒长大模拟 |
| 8.5.1 MSC数值模拟 |
| 8.5.2 Monte Carlo方法模拟 |
| 8.5.3 实验与模拟的比较 |
| 8.6 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表或完成的论文及专利 |
| 致谢 |
（6）多晶材料烧结过程中晶粒组织演化规律的数值模拟研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 晶粒长大机理 |
| 1.2.1 晶粒长大的类别 |
| 1.2.2 正常晶粒长大 |
| 1.2.3 含第二相的晶粒长大 |
| 1.3 相场法微观组织模拟概述 |
| 1.3.1 相场法简介 |
| 1.3.2 相场法组织模拟的步骤 |
| 1.3.3 相场法的优势 |
| 1.4 相场法模拟晶粒生长的研究进展及应用 |
| 1.4.1 晶粒长大 |
| 1.4.2 织构组织 |
| 1.4.3 钉扎效应 |
| 1.5 本研究领域存在的问题与不足 |
| 1.6 研究目标及主要内容 |
| 1.6.1 研究目标 |
| 1.6.2 研究内容 |
| 1.7 研究技术路线 |
| 2 相场模型及数值求解 |
| 2.1 相场法基本原理 |
| 2.2 相场模型的确定 |
| 2.2.1 硬质相颗粒相场模型 |
| 2.2.2 烧结相场模型 |
| 2.3 相场法模型参数确定 |
| 2.3.1 变量数的选择 |
| 2.3.2 网格数的选择 |
| 2.3.3 初始和边界条件 |
| 2.4 控制方程的离散 |
| 2.4.1 空间和时间域离散 |
| 2.4.2 稳定性条件 |
| 2.4.3 边界算法及优化 |
| 2.5 模拟结果的可视化 |
| 2.5.1 微观组织的可视化 |
| 2.5.2 基于Origin/Tecplot360 软件的数据可视化处理 |
| 2.6 程序编制 |
| 3 硬质相颗粒的钉扎效应对多晶晶粒长大的影响 |
| 3.1 模型参数 |
| 3.2 单相多晶组织的长大过程 |
| 3.3 含第二相颗粒的多晶组织的长大过程 |
| 3.3.1 硬质颗粒体积分数对晶粒组织的影响 |
| 3.3.2 硬质颗粒形状和分布对晶粒组织的影响 |
| 3.3.3 平均晶粒半径的演化 |
| 3.4 第二相颗粒的形状产生的钉扎效应 |
| 3.4.1 接触角对钉扎力的影响 |
| 3.4.2 椭圆形颗粒和长条颗粒钉扎力计算 |
| 3.4.3 接触模式对晶粒生长效率的影响 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 多孔材料烧结过程中孔隙变形和晶界迁移的相场分析 |
| 4.1 模型参数 |
| 4.2 球状微孔在晶界处的演变 |
| 4.2.1 球状微孔在直晶界处的演变 |
| 4.2.2 球状微孔位于不同的多结点处的演变 |
| 4.2.3 扩散系数对微孔变形的影响 |
| 4.3 晶粒长大过程中的孔隙变形 |
| 4.4 多孔材料烧结过程中孔与晶界面的力 |
| 4.4.1 边界孔引起的钉扎力 |
| 4.4.2 接触颗粒的孔隙表面变形 |
| 4.4.3 孔面晶界扭转 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 |
（7）双相钢连续退火过程组织演变的计算模拟（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 冷轧双相钢的生产工艺与组织性能控制 |
| 1.2.1 冷轧变形阶段 |
| 1.2.2 加热和保温阶段 |
| 1.2.3 冷却阶段 |
| 1.3 微观组织演变计算机模拟的研究现状 |
| 1.3.1 宏观数学模型 |
| 1.3.2 介观尺度模拟 |
| 1.4 本文的主要研究内容 |
| 第二章 双相钢临界区退火过程中的微观组织演变模型与模拟方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 微观组织演变模型 |
| 2.2.1 静态再结晶模型 |
| 2.2.2 奥氏体化转变模型 |
| 2.2.3 奥氏体-铁素体转变模型 |
| 2.2.4 晶粒粗化模型 |
| 2.3 介观尺度模拟方法 |
| 2.3.1 晶体塑性有限元模型 |
| 2.3.2 元胞自动机模型 |
| 2.4 模型实现 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 基于双相钢真实微观组织的微结构建模与拉伸变形行为模拟 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 代表性体积单元 |
| 3.3 基于双相钢真实微观组织的微结构建模 |
| 3.3.1 基于微观组织金相图片 |
| 3.3.2 基于EBSD数据 |
| 3.4 双相钢微结构单向拉伸变形行为模拟 |
| 3.4.1 晶体塑性有限元模型建立 |
| 3.4.2 RVE均质化方法 |
| 3.4.3 RVE尺寸的影响 |
| 3.4.4 组织变形模拟结果与分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 冷轧双相钢铁素体静态再结晶的耦合模拟 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 铁素体静态再结晶耦合模型与模拟设置 |
| 4.3 双相钢冷轧变形的晶体塑性有限元模拟 |
| 4.3.1 双相组织结构的变形不均匀性 |
| 4.3.2 晶体塑性有限元-元胞自动机模型耦合过程数据传递 |
| 4.4 双相钢中铁素体静态再结晶模拟结果 |
| 4.4.1 铁素体静态再结晶组织演变特征 |
| 4.4.2 退火温度的影响 |
| 4.4.3 加热速度的影响 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 双相钢中珠光体-奥氏体转变的组织建模与模拟 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 珠光体-奥氏体转变元胞自动机模型 |
| 5.2.1 界面迁移模型 |
| 5.2.2 Gibbs-Thomson效应 |
| 5.2.3 碳扩散模型 |
| 5.2.4 模型设置 |
| 5.3 珠光体单片层溶解过程相界面演变行为模拟 |
| 5.3.1 奥氏体垂直于珠光体片层生长 |
| 5.3.2 奥氏体沿珠光体片层生长 |
| 5.3.3 碳扩散速率的影响 |
| 5.3.4 珠光体片层间距的影响 |
| 5.4 珠光体团簇溶解过程微观组织演变模拟 |
| 5.4.1 渗碳体球化 |
| 5.4.2 奥氏体在珠光体团簇内生长 |
| 5.4.3 退火温度的影响 |
| 5.4.4 珠光体片层间距的影响 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 冷轧双相钢临界区退火过程的微观组织演变模拟 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 冷轧双相钢临界区退火过程组织转变元胞自动机模型 |
| 6.2.1 双尺度元胞自动机模型 |
| 6.2.2 模型设置 |
| 6.3 冷轧双相钢临界区退火过程微观组织演变的模拟结果 |
| 6.3.1 铁素体/珠光体组织冷轧变形不均匀性 |
| 6.3.2 连续加热过程的微观组织演变特征 |
| 6.3.3 加热速度的影响 |
| 6.3.4 退火温度的影响 |
| 6.4 冷轧双相钢连续退火全流程组织演变模拟与组织预报 |
| 6.4.1 冷轧双相钢连续退火全流程组织演变的建模过程 |
| 6.4.2 模拟结果分析 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 结论与展望 |
| 7.1 主要结论 |
| 7.2 创新点 |
| 7.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间发表的学术论文 |
（8）氧化铝复合陶瓷刀具材料微观组织演变模拟（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 陶瓷刀具材料研究现状 |
| 1.2 纳米复合陶瓷材料的研究现状 |
| 1.3 纳米复合陶瓷材料研究中出现的问题 |
| 1.4 复合陶瓷材料微观组织演变的计算机模拟方法 |
| 1.4.1 分子动力学法 |
| 1.4.2 元胞自动机法 |
| 1.4.3 相场法 |
| 1.4.4 蒙特卡洛法 |
| 1.4.5 计算机模拟方法的比较 |
| 1.5 本课题的研究目的、意义和研究内容 |
| 1.5.1 本课题研究的目的和意义 |
| 1.5.2 本课题主要研究内容 |
| 第二章 陶瓷刀具材料的晶粒生长理论及蒙特卡洛波茨模型 |
| 2.1 陶瓷刀具材料的晶粒生长理论 |
| 2.1.1 晶粒生长的晶界迁移理论 |
| 2.1.2 晶粒长大的驱动力 |
| 2.1.3 晶粒的异常长大 |
| 2.1.4 影响晶粒长大的因素 |
| 2.2 蒙特卡洛波茨模型 |
| 2.2.1 蒙特卡洛波茨模型的建立 |
| 2.2.2 蒙特卡洛波茨模型的算法 |
| 2.2.3 耦合烧结工艺参数的蒙特卡洛波茨模型 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 陶瓷刀具材料微观组织的蒙特卡洛模拟 |
| 3.1 复合陶瓷刀具材料微观演变模拟的蒙特卡洛模型 |
| 3.1.1 模型的建立 |
| 3.1.2 模拟的算法 |
| 3.2 复合陶瓷刀具材料微观演变模拟 |
| 3.2.1 模拟参数设置 |
| 3.2.2 第二相含量对微观组织的影响 |
| 3.2.3 第二相粒度对微观组织的影响 |
| 3.2.4 晶界能之比对微观组织的影响 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 含有气孔的复相陶瓷刀具材料微观组织演变的模拟 |
| 4.1 晶粒生长过程中气孔作用 |
| 4.2 含有气孔的复合陶瓷刀具材料微观演变模拟模型 |
| 4.2.1 模型的建立 |
| 4.2.2 模拟的算法 |
| 4.3 含有气孔的复合陶瓷刀具材料微观演变模拟 |
| 4.3.1 模拟参数设置 |
| 4.3.2 烧结温度对微观组织的影响 |
| 4.3.3 烧结压力对微观组织的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 利用BP神经网络预测力学性能 |
| 5.1 BP神经网络 |
| 5.2 神经网络算法的流程 |
| 5.3 BP神经网络的训练 |
| 5.3.1 参数的选取 |
| 5.3.2 训练样本的选取 |
| 5.3.3 初始权值的选取 |
| 5.3.4 学习速率的选取 |
| 5.3.5 期望误差的选取 |
| 5.3.6 BP神经网络的训练 |
| 5.4 氧化铝复相陶瓷刀具材料力学性能的预测 |
| 5.5 “晶内型”第二相分布对力学性能的影响 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 氧化铝复合陶瓷刀具材料烧结实验 |
| 6.1 实验参数设置 |
| 6.2 氧化铝复合陶瓷刀具材料热压烧结实验 |
| 6.2.1 混合粉料的制备 |
| 6.2.2 热压烧结 |
| 6.3 氧化铝复合陶瓷刀具材料力学性能测定 |
| 6.3.1 抗弯强度的测定 |
| 6.3.2 硬度的测定 |
| 6.3.3 断裂韧性的测定 |
| 6.4 氧化铝复合陶瓷刀具材料热压烧结实验结果分析 |
| 6.4.1 TiN含量对微观组织的影响 |
| 6.4.2 TiN粒度对微观组织的影响 |
| 6.4.3 烧结温度对微观组织的影响 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间所取得的相关科研成果 |
| 致谢 |
（9）晶须增韧陶瓷刀具材料微观组织演变的模拟研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 晶须增韧陶瓷刀具材料的研究现状 |
| 1.2 陶瓷刀具材料微观组织的模拟研究现状 |
| 1.2.1 微观组织模拟方法的研究现状 |
| 1.2.2 陶瓷刀具材料的微观组织模拟研究现状 |
| 1.3 陶瓷刀具材料模拟研究中存在的问题 |
| 1.4 本文研究目的、意义及内容 |
| 1.4.1 研究目的及意义 |
| 1.4.2 研究内容 |
| 第2章 无缺陷晶须增韧陶瓷刀具材料微观组织演变的三维蒙特卡洛波茨模型 |
| 2.1 陶瓷刀具材料的晶粒生长理论 |
| 2.1.1 正常晶粒生长 |
| 2.1.2 异常晶粒生长 |
| 2.2 无缺陷晶须增韧陶瓷刀具材料微观组织模拟模型的建立 |
| 2.2.1 微观组织离散点阵模型的建立 |
| 2.2.2 蒙特卡洛波茨能量模型的建立 |
| 2.2.3 晶须初始化算法 |
| 2.3 蒙特卡洛波茨模型的模拟算法 |
| 2.4 耦合烧结工艺参数的蒙特卡洛波茨模型 |
| 2.4.1 耦合烧结温度的蒙特卡洛波茨模型 |
| 2.4.2 耦合烧结压力的蒙特卡洛波茨模型 |
| 2.4.3 模拟时间与实际保温时间的关系 |
| 2.5 三维模拟程序设计及软件开发 |
| 2.5.1 WRCTM-3DMS程序设计 |
| 2.5.2 WRCTM-3DMS软件开发 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 无缺陷晶须增韧陶瓷刀具材料三维微观组织演变模拟 |
| 3.1 微观组织的定量表征 |
| 3.2 无缺陷晶须增韧陶瓷刀具材料的微观组织演变模拟 |
| 3.2.1 晶须分布状态对微观组织演变的影响 |
| 3.2.2 晶须含量对微观组织演变的影响 |
| 3.2.3 晶须长度对微观组织演变的影响 |
| 3.2.4 晶须直径对微观组织演变的影响 |
| 3.2.5 基体平均初始晶粒直径对微观组织演变的影响 |
| 3.3 烧结实验验证 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 含有烧结助剂和气孔的晶须增韧陶瓷刀具材料三维微观组织演变模拟 |
| 4.1 含有烧结助剂的晶须增韧陶瓷刀具材料微观组织演变模拟 |
| 4.1.1 微观组织模拟模型的建立 |
| 4.1.2 烧结助剂初始化算法 |
| 4.1.3 模拟算法及流程 |
| 4.1.4 烧结助剂含量对微观组织演变的影响 |
| 4.1.5 烧结工艺参数对微观组织演变的影响 |
| 4.2 含有烧结助剂和气孔的晶须增韧陶瓷刀具材料微观组织演变模拟 |
| 4.2.1 微观组织模拟模型的建立 |
| 4.2.2 模拟模型初始化 |
| 4.2.3 模拟算法及流程 |
| 4.2.4 模拟参数设置及结果分析 |
| 4.3 烧结实验验证 |
| 4.3.1 烧结温度对微观组织演变的影响 |
| 4.3.2 烧结压力对微观组织演变的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的学术论文及获得奖励 |
| 致谢 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（10）晶粒正常生长的Monte Carlo模拟（论文提纲范文）
| 1 生长动力学 |
| 2 模拟方法 |
| 3 模拟流程 |
| 4 模拟结果与分析 |
| 5 结论 |
四、Modification of computer simulation of normal grain growth（论文参考文献）
- [1]基于微观结构演变模拟的陶瓷刀具工艺设计及制备[D]. 白祎凡. 西安工业大学, 2021(02)
- [2]合金凝固组织大尺度定量相场模拟与原位观察[D]. 巩桐兆. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [3]基于物理模型和数据驱动的金属增材制造数值模拟方法研究[D]. 刘鹏伟. 湖南大学, 2020
- [4]1060铝合金激光焊焊缝晶粒生长及对接头力学性能的影响[D]. 高启涵. 大连交通大学, 2020(05)
- [5]TiCN基陶瓷材料烧结过程中显微结构演化研究[D]. 肖水清. 广东工业大学, 2019(03)
- [6]多晶材料烧结过程中晶粒组织演化规律的数值模拟研究[D]. 张鹏. 西安科技大学, 2019(01)
- [7]双相钢连续退火过程组织演变的计算模拟[D]. 申刚. 上海交通大学, 2018(01)
- [8]氧化铝复合陶瓷刀具材料微观组织演变模拟[D]. 谷婷婷. 河北工业大学, 2018(07)
- [9]晶须增韧陶瓷刀具材料微观组织演变的模拟研究[D]. 郭茂. 山东大学, 2017(02)
- [10]晶粒正常生长的Monte Carlo模拟[J]. 王岗,刘艳,徐宗畅,肖岗,张耀予,谭凯,林一歆. 现代技术陶瓷, 2016(06)