单一晶粒长大过程的元胞自动机模拟

基于Moore型邻居及其相关转换准则的元胞自动机,分别对与多个晶粒相邻的单一正四边形、六边形、八边形小晶粒在晶粒长大过程中的形态变化进行模拟。结果表明：单一小晶粒形态变化规律与总体晶粒形态变化规律一致,即随着晶粒长大过程的延长,晶界边数大于6的晶粒会不断长大且边数趋于6;晶界边数小于6的晶粒则不断变小直至消失。所用模型具有较好的物理机制,可以模拟材料晶粒长大过程。     

最大取向值对晶粒生长元胞自动机模拟结果的影响

为了研究最大取向值Q的大小对晶粒生长的元胞自动机模拟过程及结果的影响,对Q值分别取30、50、70、100、150、200时进行了模拟分析。结果表明,Q值较小时晶粒生长过程中极易发生晶粒碰撞现象导致晶粒异常长大,当Q值大于100时模拟过程平稳且符合晶粒生长理论,当Q值大于150时对模拟过程没有显著影响。不同Q值时晶粒的生长指数相差很小,且与其他研究者给出的生长指数十分接近,说明模拟过程是可信的。     

基于元胞自动机模型的铝合金晶粒尺寸预测

铸造过程期望获得细小均匀的等轴晶粒,但晶粒尺寸难以直接测量.因此,建立可靠的数学模型来预测晶粒尺寸是必要的.基于元胞自动机(CA)模型模拟枝晶生长,该模型在基于枝晶生长动力学基础上模拟铝合金凝固过程中的微观组织演变,以此获得平均晶粒尺寸.CA模型模拟结果与Lipton Glicksman Kurz(LGK)模型结果基本...     

不同尺寸二相粒子材料晶粒长大的元胞自动机仿真

在现有晶粒长大元胞自动机器（CA）模型的基础上制定新的转变规则，使之能够模拟第二相粒子对晶粒长大过程的影响，且对含有不同尺寸第二相粒子材料的晶粒长大过程进行仿真模拟和定量分析。模拟结果表明：第二相粒子对基体组织具有钉扎作用，当粒子体积分数一定时，总体钉扎作用随着粒子尺寸的减小而增强；对于单一粒子而言，大尺寸粒子比小尺寸粒子具有更强的钉扎效果，该结果能够准确地反映第二相粒子对晶粒长大过程的影响规律，与现有的相关理论相符合。     

LZ50钢奥氏体晶粒长大的元胞自动机模拟

基于晶粒长大的热力学机制、曲率驱动机制和能量耗散机制,制定了能够反映晶粒长大物理机制的元胞转变规则,建立了模拟LZ50钢晶粒正常长大的CA模型。采用该模型模拟了高温奥氏体化晶粒正常长大过程,分析了晶粒正常长大过程CA模拟结果的形态学、动力学和拓扑学等典型特征。模拟结果较准确的反映了晶粒正常长大规律,表明CA法是一种行之有效的模拟方法。     

静态再结晶过程的元胞自动机模拟(Ⅱ)——晶粒尺寸和边数的变化

根据元胞自动机的模拟结果,研究了静态再结晶过程中晶粒尺寸和晶粒边数的变化情况及分布规律。结果表明：在整个再结晶过程中,单个形变晶粒的消失速度和单个再结晶晶粒的生长速度呈现随机性;但品粒的平均直径随着时间先明显减小后小幅增加;虽然晶粒的尺寸分布不均,但此再结晶过程不会形成超大尺寸的晶粒。再结晶完成时,形变量越大,晶粒平均直径越小;晶粒边数的分布呈现正态分布的特征。本研究进一步加深了对再结晶过程的认识。     

元胞自动机方法在枝晶生长模拟中的应用

尽管大量关于枝晶生长模拟的研究都使用了相场方法,但近年来元胞自动机(CA)方法在枝晶生长模拟方面也取得了很大进展.介绍了CA方法模拟枝晶生长的原理和模型,评述了CA方法在枝晶模拟方面的发展历程,指出了存在的问题的和进一步研究的方向.     

纯镍动态再结晶过程的元胞自动机模型

将冶金学基本原理与元胞自动机方法相结合,建立了动态再结晶过程微观组织演变的实时计算模型。模型考虑到时间因素的影响,时间步长Δt定义为元胞尺寸与最大晶界移动速率的比值,每一时间步内每个元胞的位错密度随应变按一定规律增长。结果表明,利用此模型可以很好地模拟大应变速率下的动态再结晶过程微观组织变化,并能预测再结晶晶粒大小和热加工过程应力随应变的变化。     

基于元胞自动机法的等轴枝晶生长数值模拟

基于溶质扩散和界面能的作用,考虑成分过冷、曲率过冷、界面能各向异性和界面扰动等因素,建立了单个等轴枝晶的生长模型.采用元胞自动机(cellular automata)方法模拟了枝晶生长、界面扰动和分枝的竞争演化.对液相中的溶质传输进行了计算.通过模拟发现,凝同过程中溶质容易富集在枝晶臂之间,同时,随着凝固时间的延长,界面前沿的溶质浓度梯度逐渐下降.     

元胞自动机模拟形变组织的网格映射模型

文章采用正六边形网格划分法、最近邻邻居关系以及周期性边界条件的元胞自动机方法,获得等轴的母相微观组织。在此基础上建立网格映射模型,模拟得到静态再结晶前的形变组织以及动态再结晶过程中的形变组织,并与实验结果进行对比。结果表明,模型计算得到的尺寸误差较小,能够满足尺寸精度的要求。模拟得到微观组织随着应变的增加,晶粒形态沿变形方向伸长。应变越大,晶粒伸长的程度也越大。在大的应变量下,等轴的微观结构演变成纤维组织。模拟结果与实验结果符合较好,表明本模型能够用于模拟材料的形变组织。     

金属在湿大气环境下初期腐蚀行为的元胞自动机模拟

大气腐蚀是金属在自然环境下服役中常见的一种腐蚀现象。本文采用元胞自动机方法对金属在湿大气腐蚀环境下的腐蚀行为进行了模拟。根据元胞自动机的机理和金属在湿大气环境下的初期腐蚀机理的实验研究结果,建立了元胞自动机模型的演化规则,对金属腐蚀过程中的电化学反应和扩散过程进行了模拟。通过对元胞自动机模型在不同参数下进行的模拟结果,确定了能够比较真实反应腐蚀坑形貌的模拟条件。同时统计了电解质中各元胞的浓度分布,并对比湿大气环境下金属腐蚀的机理进行了分析和讨论,模拟结果与实际结果一致。     

CELLULAR AUTOMATA MODELLING OF GRAIN COARSENING DURING REHEATING AND VALIDATION WITH THE EXPERIMENTAL RESULTS

1. IntroductionG rain coarsening isthe processby w hich the m ean grain size ofan aggregate ofcrystalsincreases.A n understanding ofgrain coarsening isoffundam entalim portance forpredicting the average grain sizeand grain size distribution,w hich are dir…     

Ni基耐热合金凝固过程的元胞自动机方法模拟

以温度扩散方程、多组元的溶质扩散方程以及枝晶尖端生长的LGK模型为基础,建立了Ni基耐热合金凝固过程的元胞自动化模型。利用这个模型模拟了凝固过程中不同冷却速率上晶粒微观结构的演化。对模基表面与铸件内部的均匀形核、晶粒生长、扩散过程以及固／液晶面的曲率等对凝固过程中晶粒微观结构演化的影响分别进行了讨论。     

第二相粒子尺寸对基体晶粒长大影响的仿真研究

根据第二相粒子与基体晶界交互作用的微观物理基础,建立了复相材料晶粒长大的三维图象的仿真方法,设计了含有相同体积分数,不同尺寸第二相粒子的复相体系,并全程仿真了三维复相材料的晶粒长大过程,对粒子尺寸影响基体粒长大的直接观察和定量分析表明,粒子尺寸越大,晶界的“脱钉”趋势越弱,晶粒长大到达停滞状态所经历的时间越长,停滞状态下基体晶粒尺寸越大且尺寸分布的均匀性越近,极限晶粒尺寸与粒子尺寸之间并不存在简单     

第二相粒子含量对基体晶粒长大影响的计算机仿真研究

利用作者自行开发和改良的ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ计算机仿真算法,对含不同数量第二相粒子的虚拟材料基体中三维晶粒长大过程的影响进行了仿真和定量分析。结果表明,随粒子体积分数增另,晶粒长大指数下降,停滞状态的晶粒尺寸分布宽度减小,通过计算机仿真获得了极限晶粒尺寸和粒子参量间的定量关系,并由几何模型给出了证明,与文献中已有理论模型,计算机仿真及实验结果进行的比较分析表明,本文所得结果与实测结果符合得更好。     

扩散界面场变量模型模拟晶粒长大过程

采用扩散界面场变量模型模拟二维晶粒长大的动力学过程，利用该模型可以避免常规方法中由于格点离散化带来的晶粒长大各向异性，并通过建立晶界能与梯度能量系数间的关系模拟得到了异常晶粒长大过程的微观组织演化图模拟结果得出的晶粒形态、动力学和拓扑学结构特征等与已有的实验结果和理论分析一致．     

DD8镍基高温合金单晶制备中的杂晶长大机制

研究了ＤＤ８镍基高温合金单晶制备中择优生长晶向偏离热流杂晶的长大机制。实验结果表明：在一定条件下择优生长晶向偏离热流方向的晶粒能够淘汰择优生长晶向平行于热流方向的晶粒。研究表明,镍基高温合金单晶制备中的晶粒淘汰并不取决于择优生长晶向与热流方向平行,而是晶粒枝晶的三维相对位置,这很好地解释了高温合金单晶制备时经常发生的预定晶向之外的杂晶长大现象。     

基于晶粒长大拓扑依赖性的准稳态三维晶粒尺寸分布

基于三维个体晶粒表面积的变化率与晶粒拓扑性质之间的定量关系和晶粒尺寸一面数关系的假设，推导了一个拓扑相关的个体晶粒长大速率方程．该方程表明，个体晶粒的尺寸变化率不仅与其自身尺寸有关，而且也与拓扑特征有关．在此基础上，借鉴最新的关于粒子粗化理论中的晶粒长大连续方程，对三维晶粒长大过程准稳态阶段的晶粒尺寸分布进行了求解．结果显示，所得准稳态三维晶粒尺寸分布是一个单参数函数族．该结论得到了顶点法、基元演化法、相场模型和Monte Carlo法这4种晶粒长大仿真方法所得三维准稳态晶粒尺寸分布数据的支持．