基于Voronoi图理论的微体积成形数值建模及验证

数值模拟作为微塑性成形技术的核心方法之一,与实验相结合,能够减少工艺开发的时间和成本,具有经济和学术价值。文章基于Voronoi图理论,利用MATLAB和Python汇编语言建立了一种在ABAQUS软件中运行的多晶几何模型,对微塑性成形进行有限元建模和数值模拟,根据晶粒分布和取向特点以及表面层模型理论,修正宏观的Hall-Petch公式,建立了一种区域化本构模型,再利用所建立的几何模型和本构模型,通过有限元软件ABAQUS实现了微塑性成形的数值模拟。结果表明:三维多晶几何模型的数值模拟可以更真实地表现试样的晶粒形状,有限元多晶模型证实了尺度效应现象及晶粒分布的不均匀性;所建立的材料多晶几何模型和区域化本构模型具有一定的可靠性,提出的建模方法可用于分析微塑性成形过程的尺寸效应现象。     

表面织构参数对径向轴承流体动力润滑特性的影响

为研究表面织构参数对径向滑动轴承流体动力润滑特性的影响,建立了基于经典雷诺方程的表面织构润滑计算模型,设计了具有不同分布位置和几何参数的长方体形状的表面织构,在施加雷诺边界条件的情况下使用有限差分法求解雷诺方程,分析了织构参数对轴承静态特性的影响作用,其静特性参数包括偏心率、偏位角、最大油膜压力、最小油膜厚度、摩擦力及轴承两侧泄油量。数值计算的结果表明:表面织构可以明显改变油膜压力的分布情况,尤其当织构分布在压力下降区和最大压力附近时;与光滑轴承相比,油膜的压力分布有显著的变化,通常分布在轴承上游的织构,可以使油膜压力的峰值增大。此外,织构在轴承表面的分布位置对轴承的其他静态特性有着不同的影响。     

CSP冷轧薄板退火工艺的研究

采用EBSD分析方法,对CSP试验钢冷轧板退火过程中组织转变和再结晶织构的演变进行分析,结果表明,试验用钢的再结晶过程属于定向形核理论,试验钢的再结晶形核阶段在{111}112冷轧基体上形成了{111}110和{110}100再结晶形核,在{111}110变形晶粒晶界形成{111}112新晶粒核心,{111}112和{111}110织构相互生成.在晶粒长大阶段消耗的大量的{100}110织构,且生成了{112}110织构.     

陶瓷材料高温蠕变行为研究

含有晶界玻璃相的陶瓷防热材料的高温蠕变行为主要包括晶界孔洞的成核及扩展,晶粒的滑移是控制晶界孔洞扩展的主要因素,决定了孔洞的扩展速率及扩展到完整晶界所需要的时间.建立了一个基于晶界滑移条件下单个及多个晶界孔洞扩展的模型,通过计算,给出了单个孔洞扩展的临界应力及扩展到完整晶界尺寸需要的时间,分析了在一个晶界上分别含有三晶孔洞和双晶孔洞时孔洞扩展的模式,讨论了两个孔洞在扩展过程中的相互影响,比较了前后两个孔洞在晶粒滑移条件下的扩展速率,并通过算例获得了前后两个孔洞连通与扩展同时完成的临界位置.定性及半定量的给出了晶粒滑移对蠕变陶瓷晶界孔洞扩展的影响,为计算晶界孔洞扩展到一个完整晶粒尺寸所需要时间奠定了理论基础.     

3种微织构对径向滑动轴承性能的影响

为揭示表面微织构的几何参数及分布特征对滑动轴承性能的影响,建立具有方形、圆柱形和三角形织构的径向滑动轴承三维有限元模型,在考虑空化效应和紊流影响的前提下,采用基于N-S方程的计算流体力学(CFD)技术对模型进行仿真,对比分析了不同微织构形状、分布位置、密度和尺寸下径向滑动轴承的性能.结果表明:当微织构布置在滑动轴承主要承载区时,可提高滑动轴承的承载能力,降低润滑油流量和摩擦系数;方形微织构对滑动轴承承载能力的提升作用最大;存在一个最优的织构密度、宽度和宽深比,使轴承的承载能力最大.合理的微织构设计可以有效提高滑动轴承的性能.     

n型半导化TiO2压敏陶瓷的导电机制

分析了n型半导化TiO2压敏陶瓷中晶粒间界处的受主态性质，得出为晶界受主态的能级是多级化的；利用晶界平衡热电子发射势垒模型，合理地解释了该材料的I－V非线性特征；从理论上推导出了非线性系数α正比于晶界电压，且与晶界受主态的分布函数有密切关系。     

面心立方金属冷拔织构的计算机模拟

为了预测面心立方金属线材在冷拔过程中形变织构的演变规律,采用Taylor模型对面心立方金属冷拔织构进行模拟.采用线性规划求解剪切速率,通过计算每五个滑移系组合对应的晶粒转动的平均值作为最终的晶粒转动来解决滑移系选择模糊性问题.模拟结果表明,面心立方金属线材在拉拔过程中产生〈111〉和〈001〉纤维织构组分,〈111〉为稳定的织构组分.在变形量较小的情况下,〈001〉、〈111〉纤维织构组分比较漫散.随着变形量的增加,〈001〉、〈111〉纤维织构组分的漫散程度变小.模拟与拉拔铜线材形变织构实测结果的对比表明,采用Taylor模型能够很好模拟冷拔面心立方金属材料形变织构的演变规律.     

压痕位置对多晶铜纳米压痕变形机理的影响

为研究在纳米压痕过程中微观结构多晶铜力学特性及变形机理的影响机制,采用Poisson-Voronoi和Monte Carlo方法建立大尺度多晶铜分子动力学模型,针对多晶铜不同微观结构分别建立初始压痕位置位于晶粒、晶界面、三叉晶界、顶点团4类微观结构的纳米压痕模型,采用分子动力学方法模拟计算金刚石探针压入模型的纳米压痕过程,计算4种模型的纳米压痕力及原子的静应力与第三应力.采用中心对称参数法分析多晶铜表面及亚表面位错演化对纳米压痕过程的影响.结果表明:探针对4种微观结构的纳米压痕过程存在显著的规律性,纳米压痕力的增长速率、纳米压痕过程位错向邻近晶粒扩散的难度、纳米压痕后多晶铜亚表面位错分布范围、纳米压痕过程中低维数微观结构累积原子势能的难度等均满足降序关系:晶粒、晶界面、三叉晶界、顶点团;压痕位于高维数微观结构时,其相邻的微观结构呈拉应力;而压痕位于低维数微观结构时,其相邻的微观结构呈压应力.在多晶铜的纳米压痕过程中,为减少缺陷结构数量及其能量累积,降低材料的残余应力,应针对多晶铜的晶粒进行机械加工并避开顶点团、三叉晶界等微观结构.     

铝－镁合金退火过程中的晶粒长大与织构变化

采用ＯＤＦ织构分析方法和定量金相测量方法研究了冷轧Ａｌ—３％Ｍｇ合金材料初次再结晶后在４００℃退火时的晶粒长大及织构变化过程．实验结果表明由于织构的存在，晶粒长大动力学过程具有明显的阶段性，而这又与织构变化过程密切相关．根据晶粒长大理论模型馍拟了晶粒长大及织构变化过程，并解释了比界面能及界面迁移率的作用．     

无取向硅钢晶粒与晶界特征的EBSD分析

借助电子背散射衍射（EBSD）技术测量和计算了无取向硅钢再结晶退火后再结晶百分比、晶粒尺寸、取向差分布等参数,分析了再结晶退火温度对无取向硅钢晶粒大小、微观取向和耐蚀性的影响。结果表明,3个温度（810、840、880℃）下退火3 min后,再结晶均充分完成。随着退火温度的升高,再结晶晶粒尺寸长大。拥有{100}面织构的晶粒比其他取向晶粒具有更好的耐蚀性,侵蚀后晶粒凸出于试样表面。880℃退火后的小尺寸晶粒周围多为小角度晶界,不易迁移,不易被侵蚀。     

Influence of grain size on distribution of temperature and thermal stress in ZnO varistor ceramics

The nonuniformity of temperature distribution within ZnO varistor ceramics would decrease its energy absorption capability. In this paper, the distributions of current, temperature and thermal stress within the microstructures of ZnO varistor ceramics are simulated using Voronoi diagram models. The results show that the current concentrates through a few paths in ZnO varistor due to the nonuniformity of ZnO grain size and the variety of electrical characteristics of grain boundaries, which induces local high temperature and great thermal stress when injecting impulse current into ZnO varistor, and leads to melting puncture or cracking failure. The influence of the ZnO grain size on the distributions of temperature and thermal stress within ZnO varistor ceramics is analyzed in detail. The energy absorption capability of ZnO varistor ceramics can be greatly improved by increasing the uniformity of ZnO grain size or decreasing the average size of ZnO grains.     

加权Voronoi图重心在公共设施选址中应用的研究

城市公共设施选址既要充分体现该设施的利用价值,又要减少和避免由于各设施的重复覆盖而造成的资源浪费.为此首先对普通Voronoi图和加权Voronoi图进行了介绍,然后利用层次分析法解决了拥有综合多因素影响的加权Voronoi图的权值确定问题.一般一个平面图形的重心通常被认为是该区域的平衡位置.所以对于每个公共设施的影响区域进行基于综合因素的加权Voronoi区域划分后只要确定出这个区域的重心位置即可确定该公共设施的最佳选址位置.     

局部约束模式对单颗粒破碎强度的影响

为了研究不同约束模式对单颗粒破碎的影响,通过改变颗粒的接触状态（接触点个数、接触角度）设计一系列约束模式.对描述颗粒接触状态的二维矩阵进行奇异值分解（SVD）,得到量化颗粒约束状态的特征值.基于Voronoi图生成试样的随机不规则网格,在连续-离散耦合分析方法（FDEM）的基础上建立颗粒模型,研究颗粒的破碎强度和破碎形式与约束模式之间的关系,建立考虑颗粒约束模式的破碎阈值模型.通过大量的数值模拟结果可以看出,在颗粒破碎过程中,靠近竖直加载轴线的约束部位出现初始裂纹,并逐渐发展成为宏观贯穿裂缝,继而圆周侧向约束部位出现向顶部或底部约束部位扩展的裂纹.颗粒接触点或者配位数越多,SVD分解得到的平均奇异值越大,颗粒破碎阈值越高.在接触点或者配位数相同的情况下,约束模式对应的平均奇异值越高或偏状态程度越低,颗粒抵抗破碎的能力越强.     

Effect of dislocation configuration on non—equilibrium boron segregation during cooling

Different densities and configurations of crystal defects were obtained in an austenitic Fe-30% Ni alloy and an ultra low carbon bainitic(ULCB) alloy by undergoing different deformations and annealing treatments at high temperatures.Boron segregation on grain boundaries and subgrain boundaries during air-cooling were revealed by means of the particle tracking autoradiography technique.It is found that non-equilibrium segregation is resisted in deformed grains after recovery and polygonization,borondepleted zones seem to be quite clear in recrystallized grains than those in deformed original grains during cooling.Subgrain boundaries and polygonized dislocation cells have a significant effect on non-equilibrium boron segregation during the air-cooling.The results implicates that dislocation configuration is a more important factor affecting boron segregation at grain boundaries rather than the density of defects itself in the grain.     

一种新的构建Voronoi图的栅格方法

鉴于构建复杂发生元的Voronoi图的矢量方法的困难性，提出了一种新的栅格方法．该方法是通过确定每个栅格的归属来定义Voronoi区域．为了减少计算时间，设计了一种搜索某个栅格所属最近发生元的方法，它是根据对于该栅格而言发生元栅格所处的象限位置来计算的．利用了地理信息系统软件Arc／Info的功能模块Grid来实现矢-栅数据、栅-矢数据的转换和图形显示．该方法是实现发生元为任意复杂图形的Voronoi图的一种有效方法，与矢量方法相比只有一个栅格的误差，其计算机时随着栅格变小而增加，但随着发生元所占栅格数量的增加而减小。     

应用一级邻近点生成加权Voronoi图的思想

加权Voronoi图是普通Voronoi图的一种扩展形式,在Voronoi图中各Voronoi边是在2个互为一级邻近点的点之间形成的,基于该理论,给出了一种生成加权Voronoi图的思想:用Delaunay三角网先找出各点的一级邻近点,再按加权Voronoi图的性质计算出各点的Voronoi边的数据,最后根据数据画出加权Voronoi图.     

基于Voronoi图的实时人群路径规划

为了实现在人群路径规划中避碰操作,作者提出了一种基于GPU高效计算特性的实时离散Voronoi图计算方法,并建立了一种基于Voronoi图的人群路径规划方案.利用Voronoi图对平面按照欧式距离进行划分的特性,并通过将每个虚拟人的Voronoi区域作为其活动范围,使每个虚拟人都限制在自己的区域内活动,从而在人群路径规划中避免了为虚拟人进行碰撞检测的复杂操作.     

利用三生成子——顶点对实现VORONOI图

Voronoi图是计算几何的一个重要分支，实现方法很多，大多数算法理论效率高，但数据量和占有内存都比较大，数据结构描述不易实现，给出的算法结构清晰，算法简单,Voronoi图数据结构容易描述，易地实现，最后，用Visual C 编码实现。     

高纯铝晶粒尺寸与晶粒拓扑学参数定量关系研究

本文采用晶界渗镓剥离晶粒技术实现了三维晶粒尺寸及其拓扑学参数（晶粒界面数N2）的直接实验测量,利用回归分析,得出了晶粒尺寸与晶粒拓扑学参数定量关系;晶粒界面数N2与晶粒尺寸R^-间存在线性对应关系。     

基于网络加权Voronoi图的点群选取

传统基于Voronoi图的算法忽略了点与点之间是通过实际网络距离相连这一事实,针对此缺陷,提出一种基于网络加权Voronoi图的点群选取算法. 1）利用网络扩展法构建点群的网络加权Voronoi图;2）计算每个点对应的网络Voronoi多边形面积及扩展弧段总长度,并以此为依据,为点群中所包含的统计、专题、拓扑和度量信息分别选定量化描述因子;3）提出“同心圆”算法,解决点群取舍问题. 实验结果表明,提出的方法顾及了点群权重以及与点群相关联的道路等级、方向及局部密度对选取结果的影响,较好地保持了原始点群的各类信息,选取结果符合实际地理空间特征.