مدل‌سازي رشد دانه تحت گراديان‌هاي حرارتي به روش ميدان فاز

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

مطالعه ريزساختار مواد به‌دليل وابستگي خواص ماده به آن، از دهه‌هاي گذشته همواره از اهميت بالايي برخوردار بوده است. رشد دانه طبيعي يا نرمال با حركت مرزدانه‌ها به‌منظور كاهش سطح مرزدانه و در نتيجه كاهش انرژي مرزدانه‌ها صورت مي‌گيرد. رشد دانه مي‌تواند تحت تاثير عوامل مختلفي از جمله تغييرات دما باشد. هدف از اين پژوهش، مدل‌سازي رشد دانه تحت گراديان‌هاي حرارتي مي‌باشد. به‌منظور دستيابي به اين هدف از روش ميدان فاز استفاده شده است. ابتدا ميدان حرارتي در يك فرايند ساخت افزودني ذوب انتخابي ليزري براي فولاد زنگ نزن 316 L به كمك زبان برنامه‌نويسي متلب پياده‌سازي شده است و توزيع دما در حالت دو‌بعدي در يك صفحه استخراج شده است. منظور از اين صفحه، صفحه‌اي است كه يك بعد آن در راستاي حركت ليزر و بعد ديگر در راستاي ضخامت ماده مي‌باشد. سپس سه نقطه در عمق‌هاي 250، 500 و 750 ميكرومتر و در وسط هندسه انتخاب مي‌شود و تغييرات دماي آن‌ها در طول زمان حل به‌دست مي‌آيد. داده‌هاي دما در هر گام حل به عنوان ورودي به شبيه‌سازي ميدان فاز استفاده مي‌شود. به‌جهت كوپل كردن مكاني شبيه‌سازي ميدان حرارتي و ميدان فاز از يك رويكرد چندمقياسي استفاده شده است. به‌گونه‌اي كه يك حجمك نماينده تصادفي با طول مشخصه 200 ميكرومتر به نقاط مادي كه تغييرات دماي آن‌ها در طول زمان استخراج شده است، اختصاص داده مي‌شود. سپس شبيه‌سازي ميدان فاز براي سه حجمك نماينده در عمق‌هاي تعيين شده انجام مي‌شود و رشد دانه و حركت مرزدانه‌ها در اين سه حجمك نماينده با يكديگر مقايسه مي‌شود. نتايج حاصل از شبيه‌سازي نشان مي‌دهد در حجمك نماينده‌ در عمق 250 ميكرومتر كه دماي بيشتري را تجربه كرده است، در انتهاي حل، اندازه متوسط دانه نيز بيشتر است زيرا تحرك مرزدانه‌ها نيز بيشتر است. در نتيجه نرخ رشد دانه يا به‌عبارتي درشت شدن دانه بيشتر مي‌باشد.

233313

طراحي كاربردي

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان