شبيه سازي استحاله ي فازي فاز فشار بالا با در نظر گرفتن آثار لايه ي سطحي خارجي با استفاده از روش ميدان فاز در ابعاد نانو

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

در پژوهش حاضر، به شبيه سازي رفتار استحاله ي فازي فاز فشار بالا در ابعاد نانو پرداخته مي شود. استحاله ي فازي فاز فشار بالا- فاز فشار پايين نوعي استحاله ي مرتبه اول، بدون نفوذ، همراه با جابه جا شدن اتم ها نسبت به هم و از نوع استحاله ي فازي مارتنزيتي مي باشد. يافتن شرايطي براي توليد فازهاي فشار بالاي جديد و كاهش فشار استحاله ي فازي به سطحي كه از لحاظ صنعتي و اقتصادي معقول و امكان پذير باشد، دو چالش مهم در كشف فازهاي فشار بالاي جديد و تبديل آن ها به فناوري است. به منظور مدل سازي رفتار استحاله از روش ميدان فاز استفاده مي شود كه در آن انرژي سيستم توسط يك معادله ي سينتيك به نام گينزبرگ-لاندا در طول زمان كمينه مي شود، و انرژي شامل بخش هاي الاستيك، حرارتي، كريستالي و گراديان مي‌باشد. براي معرفي فازها از يك پارامتر متغير ميدان به نام پارامتر مشخصه، استفاده مي شود كه معادله گينزبرگ-لاندا براساس اين پارامتر بيان گرديده و با حل آن چگونگي تغيير اين پارامتر در طول زمان و مكان هاي مختلف و در واقع تحول فازها مشخص مي شود. همچنين، براي در نظر گرفتن لايه ي سطحي خارجي از يك پارامتر مشخصه ي ديگري نيز استفاده مي شود كه با استفاده از معادله ي سينتيك و رابطه ي انرژي به خصوصي اين لايه ي سطحي خارجي لحاظ مي گردد، به طوري كه در راستاي عمود بر صفحه ي مشترك فازي داخل اين ناحيه، خواص از گاز به جامد به صورت پيوسته تغيير مي كنند، يا به عبارت ديگر انرژي سطحي مرز تيز در طول اين ناحيه توزيع مي گردد. پارامترهاي مدل ميدان فاز براي استحاله ي فاز فشار بالا- فاز فشار پايين با استفاده از روابط ترموديناميكي شامل شرايط تعادل، پايداري فازي، فشارهاي بحراني و تعادل استخراج مي گردند. در ادامه، با در نظرگرفتن يك نانوساختار تك كريستال و دوكريستال به بررسي رفتار ساختار با لايه ي سطحي خارجي و بدون آن تحت فشار هيدرواستاتيك و همچنين شرايط مختلف بارگذاري هاي حرارتي، مكانيكي و تركيبي و نيز شرايط اوليه ي متفاوت براي فاز فشار پايين و فشار بالا پرداخته و سيستم معادلات كوپل ميدان فاز و الاستيسيته در نرم افزار كامسول و به روش المان محدود شبيه سازي مي گردد. بر اساس نتايج بدست آمده مشاهده مي شود كه اعمال كرنش غيرالاستيك برشي (نابجايي ها) در دوكريستاله ها، فشار استحاله ي فازي را به طور قابل توجهي كاهش مي دهد. مشاهده مي‌شود كه در مسائل فاز فشار بالا هنگامي كه فشار از يك مقداري (حدود 5 گيگاپاسكال) بالاتر مي رود، آثار لايه ي سطحي خارجي ناچيز مي شود. در ادامه مشخص گرديد كه كه از يك ابعادي كوچكتر، شرط مرزي بي اثر و از يك اندازه اي بزرگتر، شرط مرزي اثرگذار مي شود. همچنين نتايج نشان مي‌دهد كه وجود لايه ي سطحي خارجي كه اندازه اش با صفحه ي مشترك فازي قابل مقايسه است، خيلي تاثيرگذار و به صورت تقريبي تعيين كننده ي خواص مي باشد.

221753

طراحي كاربردي

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان