熱塑性變形顯微組織演變的模擬及可視化.pdf

1、本文以新型的亞穩(wěn)定β型鈦合金—Ti-15-3合金作為研究對象,綜合運(yùn)用現(xiàn)代塑性加工學(xué)、金屬學(xué)、現(xiàn)代數(shù)學(xué)、人工智能以及計(jì)算機(jī)科學(xué)等多種現(xiàn)代科學(xué)技術(shù),對其在熱鐓粗變形及固溶處理后的顯微組織演變進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬和可視化顯示,這對于制定其合理的熱變形工藝,保證產(chǎn)品的質(zhì)量和提高使用性能具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值.為了提高組織模擬的精度,在模擬軟件系統(tǒng)中必須包含有精確的顯微組織的預(yù)測模型.為此,在熱模擬壓縮試驗(yàn)和定量金相法獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,首

2、次采用三層向后傳播的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法建立了形變顯微組織的晶粒軸比、固溶再結(jié)晶顯微組織的再結(jié)晶晶粒密度和再結(jié)晶晶粒尺寸的預(yù)測模型.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測值與實(shí)測值吻合較好,說明采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法能夠比較精確地預(yù)測顯微組織隨變形程度、變形速率和變形溫度的變化而變化的情況.這不僅為提高組織模擬的精度創(chuàng)造了前提,也為制定其合理的熱成形工藝提供了理論依據(jù),具有較高的應(yīng)用和推廣價(jià)值.本文對熱塑性變形顯微組織演變的模擬中的一些關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行了詳細(xì)的研

3、究,對新舊網(wǎng)格系統(tǒng)間場變量信息的傳遞、再結(jié)晶組織的顯示等進(jìn)行了有效的處理.針對有限元數(shù)值模擬結(jié)果,提出了基于計(jì)算單元節(jié)點(diǎn)場變量梯度的細(xì)劃方法,在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了較為精確快速的云圖繪制.基于晶粒形核與生長的物理機(jī)制,建立了異質(zhì)瞬時(shí)形核模型和晶粒隨機(jī)生長模型,在此基礎(chǔ)上,本文首次將物理模擬與數(shù)值模擬、確定性模擬與隨機(jī)性模擬進(jìn)行有機(jī)結(jié)合,采用將熱力耦合剛粘塑性有限元模型與顯微組織的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型及其演變的計(jì)算機(jī)模擬模型相結(jié)合的方法,開發(fā)了一個

4、相應(yīng)的組織模擬軟件系統(tǒng),對熱鐓粗變形中及固溶處理后變形試件內(nèi)顯微組織參數(shù)的宏觀分布及形變組織和再結(jié)晶組織的形貌進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬和可視化顯示.模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的比較表明,模擬獲得的統(tǒng)計(jì)等效組織模型不丟失再結(jié)晶晶粒分布、晶粒度等主要特征,與實(shí)際的金相組織非常接近.由此證明,本文的正常晶粒生長過程的蒙特卡羅模擬、熱力耦合有限元分析、顯微組織參數(shù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測、顯微組織演變的模擬模型以及采用物理模擬與數(shù)值模擬、確定性模擬與隨機(jī)性模擬相結(jié)合的方