正常晶粒長大的數值模擬.pdf

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

2、粒邊數分布統(tǒng)計具有5、6邊形最多等特點，平均晶粒邊數為5.832。MC法模擬具有熱力學意義明確、熱力學統(tǒng)計結果較好、晶粒長大指數較好等優(yōu)點。但它隨機性因素較強，模型缺乏物理機制和明確的物理意義、拓撲學分析結果統(tǒng)計與理論偏差相對較大。 利用現有CA方法模擬正常晶粒長大過程的結果表明：晶粒長大指數僅為0.39～0.41；模擬的晶粒半徑、晶粒面積分布均符合Weibull函數分布形式，平均晶粒邊數為6.042；5、6、7邊形晶粒出現頻率

3、最多。CA方法的模型具有良好的物理機制；模擬的拓撲學分析統(tǒng)計結果較好；程序柔性較好，模擬效率高。其缺點為模擬的熱力學統(tǒng)計結果較差，晶粒長大指數低。 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力學原理的遺傳規(guī)則和基于能量最小原理的適應度函數，模擬結果表明：系統(tǒng)熱力學狀態(tài)穩(wěn)定；模擬的晶粒長大指數n為0.45～0.48；晶粒半徑分布、晶粒面積分布符合Weibull函數分布形式；晶粒邊數分布也符合晶粒長大實際過程，具

4、有6邊形晶粒出現頻率最多，5邊形、7邊形晶粒出現頻率次之，而且不同GAS邊數分布具有自相似性等特點，平均晶粒邊數為5.923。GA法做為一種新引入的方法，有待于進一步完善，該算法相對復雜，模擬效率相對較低。GA方法的模型既具有明確的物理機制，又有熱力學意義；模擬結果得出了較好的晶粒長大指數和拓撲學統(tǒng)計數據；算法具有很好的柔性，能通過對遺傳規(guī)則和適應度函數設置來模擬實際條件下的晶粒長大過程。 三種算法的模擬過程和模擬結果表明其都能

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、動力學、拓撲結構學上都具有相似性，且三種算法之間具有穩(wěn)定性。同一初始組織結構用不同算法進行模擬后其組織結構具有穩(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算三種不同算法在相同的實驗條件下得到的模擬步，以此值進行三種算法的模擬演化，結果顯示了晶粒的形態(tài)和相關參數基本一致?；?5鋼軸對稱件閃光對焊焊接的實測溫度場研究了焊接HAZ奧

6、氏體晶粒長大，在確定模型常數基礎上，結合焊接熱循環(huán)對晶粒長大影響，根據相關模型確定了三種算法的模擬時間步SS與實際時間t、實測溫度T(t)之間的關系方程，再現了焊接HAZ晶粒長大的動態(tài)演變過程。模擬結果均表明：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的65％～70％，焊接熱循環(huán)的加熱階段對晶粒長大的貢獻為25％～30％左右；粗晶區(qū)實測和MC、CA、GA模擬的晶粒半徑分別為54.30μm和54.29μm、51.50