تحليل دوبعدي رشد مارتنزيت القاشده توسط نانو حفره با در نظر گرفتن تنش‌هاي غيرالاستيك صفحه مشترك فازي و سطح نانوحفره بر مبناي روش ميدان فاز

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

در اين پژوهش، تاثير تنش سطحي غيرالاستيك نانوحفره و تنش غيرالاستيك صفحه‌ي مشترك آستنيت-مارتنزيت بر روند رشد مارتنزيتي در سطح نانوحفره بررسي مي‌شود. تنش غيرالاستيك صفحه‌ي مشترك استحاله، تنشي ناشي از انرژي صفحه‌ي مشترك آستنيت-مارتنزيت است. با استفاده از روش ميدان فاز، در ابتدا، معادلات جفت‌شده‌ي كان-هيليارد و الاستيسيته، كه شامل تنش سطحي حفره هستند، به منظور ايجاد نانوحفره‌اي با اندازه‌ي دلخواه حل مي‌شود. معادله‌ي كان-هيليارد بر اساس انرژي‌هاي آزاد شيميايي، الاستيك و گراديان در نظر گرفته مي‌شود. سپس، معادلات جفت‌شده‌ي گينزبرگ-لاندا و الاستيسيته، كه شامل هر دو تنش سطحي حفره و تنش صفحه‌ي مشترك استحاله هستند، به منظور شبيه‌سازي تحولات نانوساختار مارتنزيتي در حضور نانوحفره حل مي‌شود. در شبيه‌سازي‌ها از اندازه‌، صخامت و توزيع‌هاي متفاوتي براي نانوحفره استفاده مي‌شود و در واقع شرايط اوليه‌ي متفاوتي در شبيه‌سازي‌هاي حفره لحاظ مي‌شود. ضمنا، در معادله‌ي گينزبرگ-لاندا از بخش‌هاي گرمايي، الاستيك، بلوري و گراديان انرژي آزاد استفاده مي‌شود. تمامي مثال‌ها به‌صورت دو بعدي و بر مبناي كرنش-صفحه‌اي حل مي‌شوند. ضمن اين كه، از روش اجزاي محدود به وسيله‌ي نرم‌افزار كامسول براي حل مجموعه‌ي معادلات استفاده مي‌شود. حل عددي بر اساس منحني غلظت حفره و هم‌چنين منحني پارامتر مشخصه‌ي استحاله و با مقايسه با حل تحليلي صحت‌سنجي مي‌شود. در پژوهش‌هاي گذشته، ضريب سينتيك استحاله در تمام ناحيه‌ي نمونه ثابت فرض مي‌شد كه در نتيجه، استحاله درون نانوحفره، كه عملا از گاز تشكيل شده است، ادامه پيدا مي‌كرد. اين موضوع از نظر فيزيكي امكان‌پذير نيست. براي برطرف كردن اين اشكال، در اين پژوهش، ضريب سينتيك استحاله كه وابسته به غلظت حفره است معرفي مي‌شود كه روند غيرفيزيكي استحاله در درون نانوحفره را حذف مي‌كند؛ و در نتيجه، در مقايسه با ضريب ثابت سينتيك استحاله، بيان‌گر نرخ كوچك‌تري از استحاله‌ است. مشخص مي‌شود كه نانوحفره ظاهر و ريخت‌شناسي استحاله را تغيير و نرخ استحاله را كاهش مي‌دهد. هر دو تنش سطحي حفره و تنش غيرالاستيك صفحه‌ي مشترك استحاله، نرخ و هم‌چنين سرعت صفحه‌ي مشترك استحاله را كاهش مي‌دهند. ميزان اين تاثيرگذاري به شدت وابسته به شرايط اوليه و مرزي نمونه است. تاثير تنش صفحه‌ي مشترك استحاله بر توزيع و مقادير تنش كل در حضور نانوحفره چشم‌گيرتر است. با اين وجود، كشش غيرالاستيك سطحي حفره عملا هيچ اثري بر تنش بحراني استحاله براي دماهاي مختلف ندارد. به علاوه، اثر ضريب انرژي گراديان بر دماي بحراني رشد استحاله با هر دو تنش سطحي حفره و تنش صفحه‌ي مشترك استحاله مورد بررسي قرار مي‌گيرد كه مشخص مي‌شود اين تنش‌ها نيز تاثير چنداني بر دماي بحراني استحاله نمي‌گذارند.

215402

طراحي كاربردي

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان

مصطفي جمشيديان، مهدي سلماني تهراني

مهدي جوانبخت