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电子束焊接熔池凝固组织模拟的探索

作　者: 姜燕燕
导　师: 何景山
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 元胞自动机熔池微观组织
分类号: TG456.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

焊缝微观组织对焊接接头的性能具有重要的影响,由于利用传统实验方法研究接头微观组织费时费力,因而学者们转向对微观组织的模拟的研究。焊接熔池凝固组织的模拟主要采用元胞自动机法。文中采用局部截取法得到模拟区域,并根据熔池类型和熔池边界曲率变化确定熔池不同位置模拟区域的选择;而且对不同插值法求取模拟区域的微观温度场进行了探讨。本文基于焊接熔池凝固的物理背景,建立二维元胞自动机模型,对熔合线附近微小区域柱状晶的生长进行模拟。研究柱状晶生长时浓度的分布情况,母材晶粒密度、冷却速率对柱状晶生长的影响,以及不同温度梯度、温度梯度非均匀变化且变化率很大对柱状晶生长的影响。模拟结果显示:平行于生长方向,固相的溶质浓度随距离形核位置的增大而增大;垂直于生长方向,柱状晶间处溶质浓度偏高;随着冷却速率的增大,晶粒的平均生长速度增大;随着形核密度的增加,生成柱状晶半径尺寸变小,认为可以推测出,在整个熔池随着熔池边界半熔合母材晶粒数增加,熔池内柱状晶半径越小。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第1章绪论  8-13
  1.1 课题来源  8-9
  1.2 凝固组织模拟方法  9-10
  1.3 焊接组织模拟方法  10-11
  1.4 组织模拟CA 法的研究现状  11-12
  1.5 主要研究内容  12-13
第2章焊接熔池微观组织模拟的CA 模型的建立  13-24
  2.1 引言  13
  2.2 晶粒形核方式  13-14
    2.2.1 铸造凝固的形核  13
    2.2.2 焊接熔池凝固的形核  13-14
  2.3 晶粒长大方式  14-15
    2.3.1 常见晶粒长大方式  14-15
    2.3.2 模型所采用的晶粒长大方式  15
  2.4 晶粒生长动力学  15-23
    2.4.1 晶粒生长尖端生长速率  15-16
    2.4.2 晶粒生长尖端过冷度  16-17
    2.4.3 晶粒生长过程中溶质扩散  17-20
    2.4.4 晶粒生长过程中温度扩散  20
    2.4.5 其他参数计算  20-21
    2.4.6 材料相关参数计算  21-23
  2.5 计算流程图  23
  2.6 本章小结  23-24
第3章计算区域与微观温度场  24-30
  3.1 引言  24
  3.2 计算区域选取  24-26
    3.2.1 表面熔化型焊接熔池选取计算区域  24-25
    3.2.2 深熔型焊接熔池选取计算区域  25-26
  3.3 微观温度场计算  26-29
    3.3.1 细网格划分  26-27
    3.3.2 微观温度场计算  27-29
  3.4 本章小结  29-30
第4章微观组织模拟  30-47
  4.1 引言  30
  4.2 表面熔化型焊接熔池微观组织模拟  30-41
    4.2.1 模型假设  30-31
    4.2.2 边界条件与初始参数  31
    4.2.3 晶粒生长时的溶质分布  31-37
    4.2.4 母材晶粒密度的影响  37-38
    4.2.5 冷却速率的影响  38-39
    4.2.6 宏观温度场的影响  39-41
  4.3 深熔型焊接熔池微观组织模拟  41-46
    4.3.1 模型假设  42
    4.3.2 晶粒的生长  42-44
    4.3.3 母材晶粒密度的影响  44
    4.3.4 冷却速率的影响  44-46
    4.3.5 网格划分不同  46
  4.4 本章小结  46-47
结论  47-48
参考文献  48-51
附录  51-68
致谢  68

电子束焊接熔池凝固组织模拟的探索

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