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1、广西大学硕士学位论文蒙特卡洛方法模拟材料的织构演化姓名：金星申请学位级别：硕士专业：材料学指导教师：高英俊20100601蒙特卡洛方法模拟材料的织构演化摘要随着材料科学和计算机仿真技术的快速发展，通过计算材料与材料相 关计算机模拟来探求金属材料微结构演变规律已经成为热点。热处理工艺 对金属材料的微观组织结构及其性能有重要影响，退火工艺及所对应的织 构演变对织构材料的最终结构及性能有很大影响。织构是多晶体材料中晶 粒取向偏离随机分布的取向分布结构，其存在会导致材料性能的变化，受 到国际材料学界的强烈关注。由此，本文展开对材料中织构演变机理和规 律的研究，重点针对含第二相颗粒材料的织构演化进行了系
2、统的研究，所 做的主要工作如下：(1) 本文建立了一个单织构材料晶粒长大蒙特卡洛模型，引用晶界 各向异性，模拟的晶粒长大更接近实际。该模型不仅适用于织构材料正常 晶粒长大的模拟，而且还可用于织构材料的异常晶粒长大模拟。对于具有 单一立方织构的初始组织的异常晶粒长大过程模拟的结果表明，平均晶粒 尺寸随织构强度减弱而变大；而且只有在织构强度适中的织构材料中才会 岀现异常晶粒长大现象。模拟结果与实验吻合。(2) 本文在单织构材料晶粒长大蒙特卡洛模型的基础上，建立了一 个新的晶粒长大蒙特卡洛模型，研究对象是含第二相颗粒的两组份织构材 料。模拟过程考虑第二相颗粒含量、初始织构含量等因素对织构材料晶粒 长
3、大的影响，模拟结果表明，在初始织构强度适中的情况下，第二相颗粒 越多，织构材料晶粒长大越慢，晶粒尺寸分布越均匀；初始织构含量越大, 越易出现异常晶粒长大现象。关键词：蒙特卡洛方法计算机模拟模型织构EVOLUTION OF TEXTURE OF MATERIALS SIMULATEDBY MONTE CARLO METHODABSTRACTWith the development of computer simulation technology, the evolution of material microstructure has become a hot research topic i
4、n material design. Heat treatment are important to materials microstructure and properties, annealing process is of vital important. Texture, which is the deviation of random orientation distribution, has a great impact on the material properties and has been received the intense attention of schola
5、rs of materials science. Forasmuch, this article focuses on simulation of evolution of texture of materials during of annealing.(1) The author builds a grain growth Monte Carlo model, with anisotropy grain boundaries, so the simulation is more realistic. This model is not only appropriate for the si
6、mulation of normal grain growth of textural materials, but also for the simulation of abnormal grain growth. The result shows that the average grain size decreases with the intensity of texture enhancing; and only in moderate-intensity textural materials will appear, the abnormal growth occurs.(2) B
7、ased on the former model, the author builds a new model, for the use of research of textural materials containing two components and second phase particles. The focus of this research is relationship between grain growth and the content of second phase particles and initial texture Simulation result
8、s show that in the initial moderate-intensity textural materials, grain growth rate is in inverse proportion to the content of second phase particles, and grain sizes is well-distributed. The more initial texture, the more phenomenon of abnormal grain growth will turn up.Keywords: Monte Carlo method
9、; computer simulation; modeling; texture广西大学硕士学位论文蒙特卡洛 方法棋拟 材料的织 构漬化第一章绪论1.1课题研究的背景与意义近来材料科学发展迅速，仅仅依靠实验室实验来进行材料研究已经很难满足新材料 的研究和发展的需要。然而计算材料学的快速发展，极大的解决了这个问题。如今计算 机模拟已经涉及材料科学研究的各个领域。譬如，在材料物理研究领域中的模拟，可以 借助蒙特卡洛方法在原子尺寸上研究微观结构，在材料力学、机械等研究领域中的模拟, 可以运用有限元方法来研究复杂结构的材料。计算机实验和实验室实验相结合，已成为 材料研究人员进行材料科学研究极好的办法。
10、随着计算机的迅猛发展，计算机模拟的技术也在快速发展。计算材料与材料相关的 计算机模拟已经成为一个热门的研究方向。众多高校、研究所成立了专门的研究课题组; 部分企业尝试材料计算与模拟技术用于指导产品开发和生产工艺，有些已经取得了相当 可观的经济效益。材料的微观组织结构主要有晶粒组织、织构等。其中，织构一词意指择尤取向，即 多晶材料中的晶粒具有某种特殊的统计趋势。实际材料中织构普遍存在，想获得没有织 构存在的材料是很困难的。大量的与织构有关的实验主要在于研究织构对材料性能的彩 响，研究结果包括：(1)改变了材料的强度和塑性；(2)改变了材料不同方向上应变的 比值；(3)织构的存在会导致冲压件在深冲
11、时会产生制耳；(4)织构会彩响铁磁材料的 性能。既然织构很大程度上彩响着材料的性能，那么控制织构的形成，得到理想性能的 材料极具有研究意义。织构的传统研究方法无法做到对材料生产过程中聶粒组织和织构的连续变化规律， 具有离散性和滞后性，这样就很难制得理想的织构材料，我们就需要寻求新的研究方法。随着计算机模拟技术的发展，在材料微观组织结构方面的计算机模拟研究有了很大 进展。其中基于蒙特卡洛方法(Monte Carlo,简称MC)和相场方法(Phase Field)等 方法在晶粒长大和再结晶过程方面的模拟研究更是发展迅速。由于计算机模拟仿真可以 做到实时追踪材料微观组织的演化规律，具有连续性、同步性
12、，更加完整的信息数据， 可以使人们对材料微观组织的演化过程的了解更加清晰准确。在己有的模拟理论及技术 的基础上，结合计算机模拟仿真，对于织构材料的模拟研究也更加深入，因此织构材料 广西大学硕士学位论文蒙待卡洛方法棋拟材科的织构漬化的计算机模拟具有非常广阔的前景综上所述，本文将织构材料的仿真模拟的研究作为论文的研究课题，研究的重点在 于考虑到受初始织构和第二相影响的织构材料微结构演化过程的仿真。1.2主要的材料微结构模拟方法在材料计算模拟过程中，人们按照研究的领域、空间尺度的不同，使用不同的模拟 方法，建立了许多模拟模型。表1-1给出了几种主要的模拟方法及其主要应用的领域卩】。表11材料微结构模
13、拟方法Table 1 1 Simulation technique of materials microstructure层次用 应 型A纳观至微观1010统 系 学 力 热微观至介观I晦10-50-910-1-0-90-20-7里 模 点 顶介观至宏观型 模 团 集10OO G. Sarma等对cube-S （cube-立方织构，SS织构）李晶的模拟可以得到立方织构中变形 储存能比S织构中的要低，而且通过SIBM（strain-induced boundar）1 migration,应变诱导 晶界迁移）机制，立方织构临近取向会吞噬S织构部分而长大。同时还模拟出了在brass-S 李晶（brass黄铜型织构）的界面出能观
