正常晶粒長大的數(shù)值模擬.pdf

1、本文在正常晶粒長大過程的計(jì)算機(jī)模擬中引入遺傳算法，并通過對(duì)遺傳算法(GA)、蒙特卡羅法(MC)、元胞自動(dòng)機(jī)(CA)模擬正常晶粒長大過程的研究進(jìn)行了比較，同時(shí)將不同算法應(yīng)用于模擬實(shí)際閃光對(duì)焊焊接HAZ奧氏體晶粒長大過程中。 基于MC方法中的隨機(jī)提取單元進(jìn)行再取向嘗試，所有單元全部提取并完成一次再取向嘗試記為一個(gè)MCS模型的改進(jìn)，模擬結(jié)果表明：晶粒長大指數(shù)n達(dá)到0.48～0.51，晶粒半徑分布、晶粒面積分布符合Weibull分布，晶

2、粒邊數(shù)分布統(tǒng)計(jì)具有5、6邊形最多等特點(diǎn)，平均晶粒邊數(shù)為5.832。MC法模擬具有熱力學(xué)意義明確、熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)結(jié)果較好、晶粒長大指數(shù)較好等優(yōu)點(diǎn)。但它隨機(jī)性因素較強(qiáng)，模型缺乏物理機(jī)制和明確的物理意義、拓?fù)鋵W(xué)分析結(jié)果統(tǒng)計(jì)與理論偏差相對(duì)較大。 利用現(xiàn)有CA方法模擬正常晶粒長大過程的結(jié)果表明：晶粒長大指數(shù)僅為0.39～0.41；模擬的晶粒半徑、晶粒面積分布均符合Weibull函數(shù)分布形式，平均晶粒邊數(shù)為6.042；5、6、7邊形晶粒出現(xiàn)頻率

3、最多。CA方法的模型具有良好的物理機(jī)制；模擬的拓?fù)鋵W(xué)分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果較好；程序柔性較好，模擬效率高。其缺點(diǎn)為模擬的熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)結(jié)果較差，晶粒長大指數(shù)低。 本文將遺傳算法引入正常晶粒長大過程模擬，建立基于正常晶粒長大動(dòng)力學(xué)原理的遺傳規(guī)則和基于能量最小原理的適應(yīng)度函數(shù)，模擬結(jié)果表明：系統(tǒng)熱力學(xué)狀態(tài)穩(wěn)定；模擬的晶粒長大指數(shù)n為0.45～0.48；晶粒半徑分布、晶粒面積分布符合Weibull函數(shù)分布形式；晶粒邊數(shù)分布也符合晶粒長大實(shí)際過程，具

4、有6邊形晶粒出現(xiàn)頻率最多，5邊形、7邊形晶粒出現(xiàn)頻率次之，而且不同GAS邊數(shù)分布具有自相似性等特點(diǎn)，平均晶粒邊數(shù)為5.923。GA法做為一種新引入的方法，有待于進(jìn)一步完善，該算法相對(duì)復(fù)雜，模擬效率相對(duì)較低。GA方法的模型既具有明確的物理機(jī)制，又有熱力學(xué)意義；模擬結(jié)果得出了較好的晶粒長大指數(shù)和拓?fù)鋵W(xué)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；算法具有很好的柔性，能通過對(duì)遺傳規(guī)則和適應(yīng)度函數(shù)設(shè)置來模擬實(shí)際條件下的晶粒長大過程。 三種算法的模擬過程和模擬結(jié)果表明其都能

5、成功地模擬出正常晶粒長大過程，模擬過程中系統(tǒng)熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)學(xué)上都具有相似性，且三種算法之間具有穩(wěn)定性。同一初始組織結(jié)構(gòu)用不同算法進(jìn)行模擬后其組織結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定和相似性。 將三種算法用于模擬等溫、變溫條件下的晶粒長大過程。通過建立晶粒長大的等溫模型計(jì)算三種不同算法在相同的實(shí)驗(yàn)條件下得到的模擬步，以此值進(jìn)行三種算法的模擬演化，結(jié)果顯示了晶粒的形態(tài)和相關(guān)參數(shù)基本一致?；?5鋼軸對(duì)稱件閃光對(duì)焊焊接的實(shí)測(cè)溫度場(chǎng)研究了焊接HAZ奧

6、氏體晶粒長大，在確定模型常數(shù)基礎(chǔ)上，結(jié)合焊接熱循環(huán)對(duì)晶粒長大影響，根據(jù)相關(guān)模型確定了三種算法的模擬時(shí)間步SS與實(shí)際時(shí)間t、實(shí)測(cè)溫度T(t)之間的關(guān)系方程，再現(xiàn)了焊接HAZ晶粒長大的動(dòng)態(tài)演變過程。模擬結(jié)果均表明：焊接熱循環(huán)過程中溫度梯度使焊接HAZ中晶粒長大尺寸僅為整體加熱時(shí)的65％～70％，焊接熱循環(huán)的加熱階段對(duì)晶粒長大的貢獻(xiàn)為25％～30％左右；粗晶區(qū)實(shí)測(cè)和MC、CA、GA模擬的晶粒半徑分別為54.30μm和54.29μm、51.50