基于元胞自动机法的TC4-DT钛合金电子束焊接头晶粒组织模拟

发布时间：2017-04-06 21:14

  本文关键词：基于元胞自动机法的TC4-DT钛合金电子束焊接头晶粒组织模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：通过对焊缝组织凝固过程的模拟来深入地了解焊接接头的组织形态,对建立基于焊接接头细观组织形态的失效模型、分析其在工作中的失效模式来说十分重要。本文运用元胞自动机法(Cellular Automata),以TC4-DT钛合金电子束焊为对象,模拟了焊缝晶粒生长的过程。为了体现邻域元胞状态对中心元胞生长的影响,对现有的元胞自动机模型中有关固相率和溶质分配的算法进行修正。运用改进模型对均匀温度场下的等轴晶生长实现了动态模拟。模拟结果与晶粒生长动力学过程吻合较好,模拟所得的晶粒生长指数与理论值十分接近,而采用同样方法对均匀温度场下柱状晶生长的模拟结果也达到了较好的效果。在以上工作基础上,完成了对TC4-DT电子束焊缝温度场的模拟,并将元胞自动机模型与宏观温度场耦合,对焊缝断面组织生长进行了模拟。模拟结果显示:熔合线附近有大量形核晶粒,经过竞争生长后形成了以粗大柱状晶为主的组织;元胞网格尺寸越小,模拟的晶粒组织的形态越精确。论文最后将TC4-DT电子束焊焊缝晶粒生长模拟结果与实际电子束焊焊缝金相组织进行了对比,结果显示:焊缝整体组织模拟结果与实际焊缝组织不仅在形态上较为接近,在柱状晶数量、平均柱状晶尺寸、最大和最小柱状晶尺寸两者也十分接近。
【关键词】：微观组织 晶粒生长 元胞自动机 电子束焊 柱状晶
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V263;TG456.3
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 注释表10-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 工程背景11-12
• 1.2 常用材料微观组织模拟方法12-16
• 1.2.1 确定性方法12-13
• 1.2.2 随机性方法13-15
• 1.2.3 相场法15-16
• 1.3 电子束焊接熔池凝固特点16-17
• 1.4 焊接接头组织模拟现状17-18
• 1.5 本论文研究的内容和工作18-20
• 第二章TC4-DT电子束焊接熔池晶粒生长模型研究20-33
• 2.1 引言20
• 2.2 电子束焊晶粒形核和生长理论20-25
• 2.2.1 晶粒形核20-21
• 2.2.2 熔池晶粒生长21
• 2.2.3 TC4-DT钛合金电子束焊晶粒生长模型21-25
• 2.3 TC4-DT钛合金电子束焊熔池晶粒尖端生长动力学25-32
• 2.3.1 过冷度25-26
• 2.3.2 溶质扩散26-27
• 2.3.3 枝晶尖端生长速度27-28
• 2.3.4 单位时间步长的选取28-29
• 2.3.5 固相率29-31
• 2.3.6 界面曲率的计算31-32
• 2.4 小结32-33
• 第三章TC4-DT电子束焊接温度场的计算与分析33-41
• 3.1 引言33
• 3.2 电子束焊接传热过程33-34
• 3.3 TC4-DT电子束焊有限元计算34-37
• 3.3.1 TC4-DT材料参数的确定34-35
• 3.3.2 电子束焊接热源模型35-36
• 3.3.3 TC4-DT焊接件模型及网格划分36-37
• 3.3.4 边界条件37
• 3.4 TC4-DT电子束焊温度场计算结果与分析37-40
• 3.5 小结40-41
• 第四章TC4-DT电子束焊接熔池晶粒生长模拟41-55
• 4.1 引言41
• 4.2 TC4-DT电子束焊元胞自动机模型41-43
• 4.2.1 元胞状态的定义41
• 4.2.2 元胞空间和邻域41-42
• 4.2.3 元胞演变规则42-43
• 4.3 钛合金电子束焊缝凝固的元胞自动机模型中的一些假设43
• 4.4 模拟的参数和初始条件43-44
• 4.5 焊接熔池等轴晶组织模拟44-48
• 4.5.1 等轴晶生长过程模拟44-45
• 4.5.2 等轴晶生长模拟分析与讨论45-48
• 4.6 电子束焊接熔池柱状晶组织模拟48-54
• 4.6.1 均匀温度场下柱状晶模拟48-49
• 4.6.2 非均匀温度场下柱状晶模拟与分析49-54
• 4.7 小结54-55
• 第五章 焊缝晶粒生长模型的验证与分析55-62
• 5.1 TC4-DT 钛合金电子束焊接接头金相组织分析55-57
• 5.2 焊缝组织 CA 模拟结果与实际金相组织对比57-61
• 5.3 小结61-62
• 第六章 总结62-63
• 参考文献63-67
• 致谢67-68
• 在学期间的研究成果及发表的论文68

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