纯铜动态再结晶的三维元胞自动机模拟
微观组织演变元胞自动机模拟研究进展
ｐ ｌ ａ ｓ ｔ ｉ ｃ ｄ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ，ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｒ ｅ ｃ ｏ ｖ ｅ ｒ ｙ ，ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｒ ｅ ｃ ｒ ｙ ｓ ｔ ａ ｌ ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ，ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ ｒ ｅ ｃ ｏ ｖ ｅ ｒ ｙ ａ ｎｄ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ ｒ ｅ ｃ ｒ ｙ ｓ ｔ ａ ｌ ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｒｅ ｉ ｍｐ ｏ ｔａ ｒ ｎ ｔ
微观组织演 变元胞 自动机模拟研 究进展木
陈 飞 崔 振 山 董定乾
（ 上海 交通 大学 塑性 成形 技术 与装 备研 究 院 上海 ２ ０ ０ ０ ３ ０ ）
摘要：金属 的微观组织是 决定其宏观力 学性 能的主要 因素，在热塑性变形过程 中，金属 的微观组织会发生动态 回复、动态再 结晶、静态 回复和静态再结 晶等一 系列变化 ，形成新 的晶粒 。在材 料成分一定的条件 下，影响晶粒演化的外部因素是温度 、 应变和应变速率 。因此 ，如何通过控制热塑性变形过程 中的温度 、变形量和变形速度 ，来达到控 制微 观组织及产品力学性能 的 目的，已成为塑性加工领域 的热 点研 究问题 ，在非连续热塑性变形 中尤其如此 ，乃至 于成性 的重要 性远 大于成形。简述元 胞 自动机（ Ｃ ｅ ｌ ｌ ｕ ｌ ａ ｒ ａ ｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ａ ， Ｃ Ａ ） 方法 的基本 原理及 思想，概述 Ｃ Ａ法在微观组织模拟中的建模方法及应用，特别是 Ｃ Ａ法在
ｈ ｉ ｇ ｈ ｌ ｙ ｎ ｅ ｃ ｅ ｓ ｓ ａ ｒ ｙ ｔ ｏ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ａ ｎ ｅ ｗ ａ ｌ ｇ ｏ ｉ ｒ ｔ ｈ ｍ ｔ ｈ ａ ｔ ｂ ｅ ｔ ｔ ｅ ｒ ｒ ｅ ｆ ｌ ｅ ｃ ｔ ｓ ｈｅ ｔ ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ａ ｌ ｂ ｅ ｈ ａ ｖ ｉ ｏ ｒ ｏ ｂ ｓ ｅ ｒ ｖ ｅ ｄ ｉ ｎ ｈ ｏ ｔ ｐ ｌ ａ ｓ ｔ ｉ ｃ ｄ ｅ ｆ ｏ ｍ ａ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ．Ｔ ｈ ｅ
元胞自动机在金属材料研究中的应用
元胞自动机在金属材料研究中的应用1. 介绍在金属材料研究领域，元胞自动机（Cellular Automaton，CA）是一种重要的建模和仿真方法。
它通过将材料系统分成一系列离散的元胞，并定义了这些元胞之间的相互作用规则，从而模拟材料行为和演化的过程。
元胞自动机在金属材料的结构、性能以及材料制备等方面都有着广泛的应用和研究。
2. 结构建模元胞自动机可以对金属材料的结构进行建模。
通过将金属材料划分为一系列离散的元胞，每个元胞代表一个微观结构单元，可以是晶格点、原子或者分子等。
然后定义元胞之间的相互作用规则，例如晶格点之间的相互作用、原子与原子之间的键合等。
这样可以模拟材料在不同温度、应力等条件下的结构演化过程，进而研究材料的晶体生长、相变以及缺陷等行为。
2.1 晶体生长元胞自动机可以模拟金属材料的晶体生长过程。
通过定义晶格点之间的相互作用规则，可以模拟晶体在一定温度和物理条件下的生长过程。
例如，在固态金属材料中，晶体的生长是通过晶格点之间的扩散、结晶等过程实现的。
元胞自动机可以模拟晶体生长的动力学行为，研究晶体生长的速度、形貌以及晶界等特征。
2.2 相变元胞自动机也可以模拟金属材料的相变行为。
相变是金属材料中晶体结构发生变化的过程，例如熔化、凝固、固相变等。
通过设定相应的相变规则，元胞自动机可以模拟不同条件下金属材料的相变过程。
例如，在凝固过程中，通过设定固态晶体的生长速率、晶格定向等参数，可以模拟材料的凝固行为，研究凝固过程中的组织演化和相变行为。
3. 性能预测除了对金属材料的结构进行建模外，元胞自动机还可以用于预测材料的性能。
通过将材料的微观结构与性能的关系建立起来，元胞自动机可以模拟材料的力学性能、热学性能以及电学性能等。
3.1 力学性能元胞自动机可以模拟金属材料在力学加载下的行为。
通过设定元胞之间的相互作用规则和外界加载条件，可以模拟金属材料在拉伸、压缩等力学加载下的应力应变响应，预测材料的力学性能，例如杨氏模量、屈服强度以及断裂行为。
安徽铜山铜矿三维模拟及构造成矿动力学的开题报告
安徽铜山铜矿三维模拟及构造成矿动力学的开题报告题目：安徽铜山铜矿三维模拟及构造成矿动力学的研究一、研究背景安徽铜山铜矿位于安徽省铜陵市郊区，是中国著名的铜矿之一。
该矿床产出的铜矿石品质优良，熔点低，易于提炼，因此在国内外市场上备受青睐。
然而，由于该地区的地质条件复杂，成矿机制繁杂，因此对该矿床的研究与开发一直备受关注。
二、研究目的本文旨在运用构造成矿动力学的理论和三维地质建模技术，对安徽铜山铜矿的构造特征、成矿机制以及铜矿石的分布进行深入研究，为该矿床的开发与利用提供科学依据。
三、研究方法1.地质调查：对安徽铜山铜矿区进行详细的实地考察与调查，获取地质样本并进行野外地质勘查。
2.野外测量：借助现代地球物理、地球化学取样技术，对安徽铜山铜矿区域的地质构造、矿体规模和物质性质进行详细的测量。
3.三维地质建模：通过三维数字地质建模技术，对安徽铜山铜矿的地质结构、岩性分布、矿体组构等参数进行建模。
4.构造成矿动力学分析：通过结合地质学、岩石学、物理学等方面的理论知识，运用构造成矿动力学模型对安徽铜山铜矿的成矿机制进行分析。
5.矿区可持续性评价：综合考虑资源利用效益、环境保护、社会效益等方面因素，对安徽铜山铜矿进行全面的可持续性评价。
四、预期成果1.对安徽铜山铜矿的地质构造、岩性分布和矿体组构等基本信息进行全面深入的研究，并建立三维地质模型。
2.通过构造成矿动力学模型，揭示该矿床的成矿机制和矿体形成过程，为后续开发设计提供理论指导。
3.对安徽铜山铜矿的可持续性开发利用提出科学的建议与方案，以达到经济效益、社会效益和生态效益的平衡。
五、研究意义安徽铜山铜矿是中国重要的铜矿之一，本研究对于该矿床成矿机理的深入了解，对于优化矿床的开发设计，提高铜矿的提取效率，具有重要的理论和实际意义。
此外，本研究建立的三维模型及可持续性评价模型，对于保护该矿区的生态环境和实现资源的可持续利用，也有重要的参考价值。
纯铜热型连铸过程三维微观组织模拟
纯铜热型连铸过程三维微观组织模拟
丁雨田;张琴豫;许广济;衣冠玉;寇生中
【期刊名称】《特种铸造及有色合金》
【年(卷),期】2006(26)9
【摘要】采用宏观温度场模拟与微观组织模拟相耦合的方法,建立了宏微观统一的模型[直接差分(DirectDifference)-元胞自动控制(CellularAutomaton)模型,即CA-DD模型],模拟研究了纯铜热型连铸凝固过程各工艺参数对固-液界面位置和晶粒淘汰的影响。
结果表明:随着连铸速度的增大,固-液界面逐渐向型口外侧移动,晶粒淘汰趋势逐渐减弱。
铸型温度对晶粒淘汰有一定的影响。
模拟结果与试验结果符合较好。
【总页数】5页(P554-558)
【关键词】热型连铸;微观组织;Cellular;Automaton模型
【作者】丁雨田;张琴豫;许广济;衣冠玉;寇生中
【作者单位】兰州理工大学
【正文语种】中文
【中图分类】TP311;TG249.7
【相关文献】
1.基于CAFE法的单晶铜杆热型连铸过程晶体生长模拟 [J], 饶磊;李小龙;李克
2.基于CAFE模拟双辊连铸纯铝凝固微观组织 [J], 陈守东;陈敬超;吕连灏
3.基于一种改进CA模型模拟双辊连续铸轧纯铝微观组织 [J], 陈守东;陈敬超;彭平
4.双辊连续铸轧纯铝薄带凝固微观组织模拟及验证 [J], 陈守东;陈敬超;吕连灏
5.热型连铸凝固过程微观组织形成的数值模拟 [J], 丁雨田;许广济;王海南;张琴豫因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
纯铜及纯镍动态再结晶过程的二维元胞自动机模拟的开题报告
纯铜及纯镍动态再结晶过程的二维元胞自动机模拟的开题
报告
一、研究背景
再结晶是材料加工中至关重要的过程。
纯铜和纯镍是两种广泛运用于工程中的重要金属材料。
其再结晶过程对于了解材料的力学性能、热力学性质和微观结构变化等
具有重要的意义。
因此，建立纯铜和纯镍动态再结晶过程的模型，可以通过模拟观测
材料微观结构变化，研究其宏观性能提高再结晶过程中材料的实用价值。
二、研究目的
本文将通过二维元胞自动机的模拟方法，分别研究纯铜和纯镍的动态再结晶过程中微观结构的演化规律，并探究其与外界条件参数（如温度、形变量等）的关系。
三、研究方法
1.构建元胞自动机模型：基于元胞自动机理论，建立以晶粒为元胞的模型，采用邻居晶粒状况决定当前晶粒状态的方法模拟纯铜和纯镍的再结晶过程。
2.模拟计算：选取维氏硬度试验和拉伸试验的实验数据，将所得数据输进计算机，运用介质传输方程求解器（如MATLAB、Python等）进行模拟计算，并不断调整参数，验证模拟结果的准确性。
3.数据分析：根据模拟计算所得数据进行数据统计、处理及分析，并将结果进行可视化展示、总结和讨论。
四、研究意义
本文建立的纯铜和纯镍动态再结晶二维元胞自动机模型，能够模拟金属材料微观结构变化过程，为材料力学性能、热力学性质提供重要参考。
同时，该模型的建立也
是金属材料领域中元胞自动机模拟方法的一个应用实例，为元胞自动机模拟方法在材
料科学领域的发展提供参考。
热加工过程静态再结晶的元胞自动机模拟
１．３再结晶的计算机模拟
．
…√
对于再结晶的研究，实验无疑是最根本、最直接的方法。随着计算机技术的 发展，特别是八十年代初当人们认识到Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ方法可以用来处理晶粒结构 演变等问题时，金属材料再结晶过程中组织结构演变的计算机模拟技术获得了深 。入的发展。
东北大学硕士学位论文
第一章绪论
目前模拟再结晶的常用方法有四种：几何方法，顶点法，蒙特卡罗（ＭＣ）方 法和元胞自动机（ＣＡ）方法。几何方法可用于模拟再结晶终了时的微观组织状态 而不必考虑晶界移动和相互作用的细节。该方法最早由Ｍａｈｉｎ和Ｈａｎｓｏｎ提出， 随后Ｆｒｏｓｔ和Ｔｈｏｍｐｓｏｎ做了进一步的发展。 Ｆｕｒｕ和Ｊｕｕｌ Ｊｅｎｓｅｎ 将几何方 法推广用于预测再结晶的晶粒尺寸和织构的演变。该方法的缺点是无法考虑再结 晶过程中同时发生的晶粒生长。顶点法‘ 。是一种基于网络组织的方法，其特点 是将晶粒网络组织的演化抽象成顶点（三重点）的运动，保证顶点处晶界张力的 平衡，因此该方法的计算效率很高。当需要考虑第二相粒子时，该方法有一定的 局限性‘。最近，Ｈｕｍｐｈｒｅｙｓ 利用顶点方法成功地模拟了亚晶长大形核过程， 而且还考虑了第二相粒子的存在。蒙特卡罗方法 。和元胞自动机方法～都是离 散方法，在模拟晶粒生长方面，两者具有某些相似的方面：蒙特卡罗方法与元胞 自动机方法都是采用局域的相互作用原则模拟微观结构的演化。所不同的是蒙特 卡罗方法是根据最小能量原理来确定位向转变概率，进而模拟晶界的运动，而元 胞自动机方法则利用基于物理机制的转变规则来处理再结晶的生长速率。这两种 方法是近些年来模拟微观组织演化常用的方法，下面总结了几点元胞自动机方法 与蒙特卡罗方法之间存在的根本性区别：
３．Ａ ＣＡ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ ｓｔａｔｉｃ ｒｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ Ｗａｓ ｓｅｔ ｕｐ，ａｎｄ ｉｔｓ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗａｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ ｒｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ．Ｉｔ ｗａｓ ｓｈｏｗｎ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｇｒａｉｎ ｓｉｚｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｒｕｌｅ ｗｅｒｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ ｒａｔｅ．
二相粒子材料动态再结晶行为的元胞自动机模型及其模拟研究
二相粒子材料动态再结晶行为的元胞自动机模型及其模拟研究随着材料科学和计算机仿真技术的发展,材料制备科学正从传统的正向研究向逆向研究过渡：从材料的组分、微观组织结构出发,借助计算机模拟来设计工艺和预测材料性能,以便生产满足使用要求的材料。
材料中存在的第二相粒子主要是加入合金元素以改善性能的产物。
其中,随着合金化和控轧控冷技术的普遍应用,性能优越的合金钢和微合金钢不断得到开发和应用。
这两类钢在热塑性变形过程中往往会形成一定数量和尺寸的第二相粒子,进而导致了它们的动态再结晶行为及其相应的微观组织变化,在很大程度上决定了最终钢材产品的组织结构和力学性能。
元胞自动机(cellular automata,简称CA)模型是近年来发展起来的一种材料组织模拟模型,其算法结构简单、计算效率高,可直接考察体系局部交互作用及其产生的复杂行为对模拟系统的影响,在材料晶粒长大、静态再结晶和动态再结晶模拟中得到了成功应用。
但是,在二相粒子材料动态再结晶行为模拟中的应用还未及时开展,特别是考虑位错密度非均匀分布的模拟模型也未见报道。
构建含有第二相的材料动态再结晶CA模型不仅可以实现变形温度、应变速率、初始晶粒尺寸、非均匀变形、第二相粒子尺寸和体积分数等参数对流变应力、再结晶体积分数、稳态平均晶粒尺寸等动态再结晶表征参数影响的模拟研究,为更好地认识和控制热塑性变形组织以优化热塑性变形工艺提供指导,而且进一步挖掘了CA模型的潜力,拓展了其应用范围。
因此,及时展开二相粒子材料动态再结晶CA建模、模拟技术开发及其模拟研究具有重要的理论和实际意义。
本文依据CA法、金属材料热变形物理冶金相关理论和相关实验结果,建立了位错密度均匀分布及位错密度非均匀分布的单相材料动态再结晶CA模型,随后引入第二相粒子的影响,创建了位错密度非均匀分布的二相粒子材料动态再结晶CA模型；自主开发了相关动态再结晶模拟的关键技术；采用Visual Fortran语言编制上述模型的应用程序,并通过系统的模拟研究和相关的实验研究对所建模型及其模拟关键技术的合理性和应用效果进行了检验。
一种模拟动态再结晶的多级元胞自动机方法[发明专利]
![一种模拟动态再结晶的多级元胞自动机方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/4621a0b7804d2b160b4ec0f4.png)
专利名称：一种模拟动态再结晶的多级元胞自动机方法专利类型：发明专利
发明人：陈飞,朱华佳,崔振山
申请号：CN201910864302.6
申请日：20190912
公开号：CN110706758A
公开日：
20200117
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种模拟动态再结晶的多级元胞自动机方法，该方法包括多个时间步，每个时间步的模拟过程包括以下步骤：(S1)将应变增量作用在母元胞空间，对母元胞空间进行全场多级晶粒拓扑变形模拟；(S2)计算母元胞空间中的平均位错密度以及每个元胞的位错密度；当平均位错密度小于临界位错密度ρ时跳转至步骤(S1)，进行下一时间步的模拟；(S3)从母元胞空间中选取若干满足动态再结晶形核条件的元胞，并对其进行动态再结晶形核模拟；(S4)对母元胞空间中的晶粒长大过程进行模拟。
本方法可以很好的反映实际的再结晶形核物理机制，并能更加真实、准确的反映DRX过程中晶粒拓扑变形过程。
申请人：上海交通大学
地址：200240 上海市闵行区东川路800号
国籍：CN
代理机构：上海伯瑞杰知识产权代理有限公司
代理人：周兵
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联系人，副研究员，ｃｈｉｚｈａｎｇ＠ｍａｉｌ ｔｓｉｎ曲ｕａ
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纯铜动态再结晶的三维元胞自动机模拟
作者： 作者单位： 张弛， 柳文波， 杨志刚， 许峰云 清华大学材料科学与工程系,北京 100084