Максимов П.В., Моисеенко Д.Д., Ирискина Е.Н., Куприянов С.Н., Панин В.Е

Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Томск, Россия,

[e-mail]

На основе метода стохастических возбудимых клеточных автоматов (Stochastic Excitable Cellular Automata — SECA) промоделирована термическая рекристаллизация при сварке с учётом влияния частиц на межзёренных границах. Анализ численных экспериментов позволил дать рекомендации об оптимальной структуре образца.

В рамках SECA-метода исследуемый образец представляется в виде системы взаимодействующих элементарных объёмов, каждый из которых моделируется с помощью клеточного автомата. В процессе сварки происходит распределение теп- ловой и механической энергии, а также движение межзёренных границ в материа- ле, поэтому в качестве инструмента моделирования был выбран возбудимый кле- точный автомат.

Возбудимый автомат способен совершать ряд последовательных переключе- ний состояний в результате внешнего воздействия. Каждый автомат обладает чи- словыми параметрами, характеризующими материал, содержащийся в моделируе- мом объёме пространства, такими как модуль упругости, модуль сдвига, плотность вещества, плотность дислокаций, удельная теплопроводность, удельная теплоём- кость, коэффициент температурного расширения и др. На каждом шаге по времени клеточный автомат обменивается тепловой и механической энергией с соседями на первой координационной сфере, при этом изменяются такие параметры автомата, как температура, напряжение, деформация и др.

В рамках предлагаемой модели рекристаллизации движущим фактором роста зерна является разница значений температур на границе зёрен: чем больше эта раз- ница, тем выше скорость движения границы. При этом значение скорости прямо пропорционально величине подвижности границы, которая экспоненциально убы- вает с ростом энергии активации границы. Энергия активации зависит от типа ма- териала и является возрастающей функцией угла разориентации зёрен по разные стороны от границы. Если величина этого угла превышает 15 градусов, то подвиж- ность границы становится равной 0, т.е. граница становится неподвижной. Помимо этого, в модели учитывается эффект межзёренных частиц, которые снижают ско- рость рекристаллизации посредством обусловленных ими сил Зинера, противодей- ствующих движению границ зёрен.

Проведена серия численных экспериментов, направленных на исследование влияния теплового удара и межзёренных частиц на скорость изменения общего числа и среднего размера зёрен. Имитировались тепловой удар по верхней грани и водяное охлаждение нижней грани образца, при этом боковые грани не пропускали энергию. Результаты численных экспериментов позволили сделать вывод о поло- жительном влиянии наноструктурированного поверхностного слоя и межзёренных частиц на поведение исследуемых материалов.

МНОГОУРОВНЕВОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОТОКОВ ДЕФЕКТОВ И ЗАРОЖДЕНИЯ МИКРОТРЕЩИН НА ГРАНИЦАХ РАЗДЕЛА

Дата добавления: 2017-01-14