元胞自动机模拟晶粒长大的步长设定对模拟结果的影响

采用一种预先设定步长的元胞自动机模型模拟晶粒长大,研究了步长对模拟结果的影响. 在等效时间相同的情况下,采用较大的步长导致模拟完成时晶粒尺寸较小,但其晶粒尺寸分布更符合Weibull函数,晶粒面积比(An/Aa)与晶粒边数之间也更符合线性关系. 无论采用哪种步长,模拟过程中平均晶粒边数均接近6,模拟后的组织中晶粒边数分布符合正态分布,且随步长的减小符合程度提高. 综合考虑,对于实际材料晶粒长大过程的模拟仿真,采用100s步长可以获得较好的结果.     

相场法研究初始微结构对晶粒长大的影响

【目的】研究不同初始微结构对晶粒长大过程及生长动力学的影响。【方法】采用相场法(Phase Field)模拟二维多晶材料中正常晶粒长大及初态分别为柱状和梯度微结构的晶粒长大过程。【结果】正常晶粒长大的相对晶粒尺寸分布具有时间不变性的特点;柱状微结构的长宽比和梯度微结构的梯度指数均直接影响晶粒长大动力学,这两种初始微结构在演化过程中均向均匀等轴微结构转变。【结论】晶粒长大是大晶粒不断吞噬相邻小晶粒的过程;晶界曲率对晶粒长大过程有显著影响,曲率越大,晶粒长大越快。     

Weibull尺寸分布晶粒组织演变的仿真研究

采用一种改进的Potts模型Monte Carlo算法,对具有Weibull尺寸分布(参数a=3.47)的晶粒组织进行了3D正常晶粒长大过程的仿真研究.仿真结果表明:整个晶粒长大过程遵循抛物线长大规律,晶粒生长指数为0.501,非常接近理论值0.5.晶粒长大过程可分为过渡阶段与准稳态长大两个阶段.Weibull尺寸分布参数a由过渡阶段的3.47逐渐演变为准稳态阶段的2.76,准稳态阶段晶粒尺寸分布参数保持a=2.76不变.晶粒的平均面数〈f〉随仿真时间的增加而增大,在准稳态阶段后期趋近于稳定数值.晶粒面数分布为Lognormal分布,最高频率面数f为10,个体晶粒面数范围为3～43.     

取向硅钢中高斯晶粒异常长大选择性行为

对CGO取向硅钢二次再结晶中断实验进行了研究,发现二次再结晶升温过程中,仅在异常长大开始前,高斯晶粒尺寸明显大于其他晶粒,且不同取向晶粒的数量与脱碳退火时的特征一致.高斯晶粒晶界上MnS等抑制剂的优先粗化使高斯晶粒能够率先发生异常长大,且只有晶界弯曲严重或经过很小的生长几个晶粒就能合并的高斯晶粒才能成为二次晶核.在高斯晶粒异常长大过程中,晶界形貌参差不齐,呈岛屿状.研究表明:高斯晶粒独特的生长方式,可能是使二次再结晶能很快完成的原因.     

DP590级双相钢奥氏体晶粒长大模型

通过改变保温温度和保温时间研究了DP590级双相钢奥氏体晶粒长大行为,并探讨了加热速率对各温度下初始晶粒尺寸的影响规律.初始晶粒尺寸随着加热速率增加而不断降低,并最终趋于定值;奥氏体晶粒尺寸随保温时间的延长不断增大并最终趋于不变.采用Sellars晶粒长大模型对实验数据进行拟合,为避免处理方法不同造成的处理结果偏差,提出了一种新的实验数据处理方法,并建立了双相钢初始晶粒尺寸模型和晶粒长大模型.所得模型参数更加合理可靠,计算结果与实验结果吻合很好.     

一种改进的晶粒长大Monte Carlo模拟方法

ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ图形模拟是形象描述金属中晶粒长大过程的一种有效方法，迄今发展的局限性影响了对晶粒长大规律的准确表达，在分析存在了问题的基础上提出了另一种改进的晶粒长大ＭＣ模拟方法，使之具有更明确的物理意义，从而更准确地反映近稳态晶粒长大的特征，同时，使模拟效率提高了一个数量级。     

DP590级双相钢奥氏体晶粒长大模型

通过改变保温温度和保温时间研究了DP590级双相钢奥氏体晶粒长大行为,并探讨了加热速率对各温度下初始晶粒尺寸的影响规律.初始晶粒尺寸随着加热速率增加而不断降低,并最终趋于定值;奥氏体晶粒尺寸随保温时间的延长不断增大并最终趋于不变.采用Se]lars晶粒长大模型对实验数据进行拟合,为避免处理方法不同造成的处理结果偏差,提出了一种新的实验数据处理方法,并建立了双相钢初始晶粒尺寸模型和晶粒长大模型.所得模型参数更加合理可靠,计算结果与实验结果吻合很好.     

钒和金纳米晶体晶粒长大临界温度的“尺寸—形状”模型

处于亚稳态的纳米晶体中晶粒在一定临界温度开始长大变为粗晶,该临界温度依赖晶粒中原子迁移所需的能量.根据纳米晶体中晶粒长大的微观过程以及晶粒中原子迁移能量状态与晶粒尺寸、形状的相关性,建立了计算纳米晶粒长大临界温度的"尺寸—形状"模型.基于该模型计算了钒和金纳米晶体中晶粒长大的临界温度,结果表明纳米晶粒长大的临界温度随晶粒尺寸的减少而降低,并且与晶粒形状相关,表现了明显的"尺寸—形状"效应.该理论模型计算结果与实验结果相吻合.     

铌对高钢级管线钢中第二相析出与奥氏体晶粒长大行为的影响

基于双亚点阵模型,计算了两种不同铌含量的高钢级管线钢在不同温度下Nb、Ti和Al的析出量,测定了不同加热温度和保温时间下奥氏体晶粒尺寸,建立两种钢奥氏体晶粒长大模型.发现Nb含量增加提高了其全固溶温度,并且温降过程中Nb析出量显著增多,在晶界两边析出的细小碳氮化物对奥氏体晶粒长大有显著的阴碍作用.高铌钢加热温度为1250℃时奥氏体晶粒显著粗化,预测模型也不同于1050～1200℃的模型,但相同保温温度下晶粒尺寸明显小于低铌实验钢.通过数据拟合计算出高铌钢的长大激活能远远高于低铌钢,再次证明高Nb的管线钢在1200℃以下能够有效地细化奥氏体晶粒,预测模型与实验值吻合较好.     

水平集法模拟PCrNi3MoV钢奥氏体晶粒长大组织演变

为了探索PCrNi3MoV钢加热或高温下晶粒长大规律,采用水平集法进行数值模拟,研究其在不同加热条件下的晶粒长大组织演变行为,同时使用Gleeble-1500D热模拟试验机对PCrNi3MoV钢进行1 000～1 100℃下保温10～2 000 s的一系列等温条件下奥氏体晶粒长大试验。采用Burke-Turnbull晶粒长大模型,利用反算法求得材料参数中间变量M_bγ_b终值在1 000℃、1 050℃和1 100℃时分别为7.51×10^-6 mm²s^-1、2.03×10^-5 mm²s^-1和4.26×10^-5 mm²s^-1,时间指数n终值分别为0.532 4、0.802 6和0.771 1,这表明1 000℃下晶粒长大趋势显著低于1 050℃和1 100℃的长大趋势。为了解决n值不一致的问题,改进了Burke-Turnbull晶粒长大模型,改进模型的决...     

晶粒长大机制的计算机模拟

利用平面三角形点阵及Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ方法，模拟了二维多晶粒的长大规律。对晶粒形貌与其生长动力学的分析表明，晶粒正常长大过程是按Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ机制进行的，淬态时的生长指数模拟值为０．４５。     

Monte Carlo study on abnormal growth of Goss grains in Fe-3%Si steel induced by second-phase particles

The selective abnormal growth of Goss grains in magnetic sheets of Fe-3%Si (grade Hi-B) induced by second-phase particles (AlN and MnS) was studied using a modified Monte Carlo Potts model. The starting microstructures for the simulations were generated from electron backscatter diffraction (EBSD) orientation imaging maps of recrystallized samples. In the simulation, second-phase particles were assumed to be randomly distributed in the initial microstructures and the Zener drag effect of particles on Goss grain boundaries was assumed to be selectively invalid because of the unique properties of Goss grain boundaries. The simulation results suggest that normal growth of the matrix grains stagnates because of the pinning effect of particles on their boundaries. During the onset of abnormal grain growth, some Goss grains with concave boundaries in the initial microstructure grow fast abnormally and other Goss grains with convex boundaries shrink and eventually disappear.     

A new Monte Carlo simulation of three-dimensional microstructures and their evolution in polycrystalline

A new Monte Carlo simulation method for studying three-dimensional microstructures as well as their evolution in polycrystalline materials has been set up. The algorithm is simple and flexible to apply. With the present method, kinetics of three-dimensional grain growth is accuratety reflected and the simulation efficiency is greatly improved. The simulation can not only be used reliably to analyze quantitatively the microstructures and their evolution, but also be used conveniently to observe microstructures as well as their evolution on the horizontal section and the sections at any angle to the horizontal plane, to measure the characteristic parameters in three dimensions and cross-sections, together with their relationships between the two systems, and to many other aspects.     

纳米薄膜晶粒生长的厚度效应

应用各向异性蒙特卡罗方法模拟不同厚度纳米薄膜退火时的晶粒生长过程,通过引入厚度因子来修正Burke提出的动力学模型.结果表明:厚度效应对晶粒生长的抑制作用并非表现在晶粒生长初期,而是当晶粒尺寸达到薄膜厚度的0.8~1.2倍时才变得明显;修正后的抑制晶粒生长动力学方程可清晰描述纳米薄膜中的厚度效应,且与模拟结果更吻合.     

一种自相似二维晶粒长大过程的Monte Carlo仿真

采用Monte Carlo方法仿真了以Weibull尺寸分布为初始组织的正常晶粒长大过程。结果显示，二维正常晶粒长大发展到准稳态长大阶段时，其晶粒尺寸分布不是经典Hillert理论所预测的尺寸分布，而是仍然保持Weibull分布，并且参数基本不发生变化。与国际上同类研究成果的比较进一步表明，不同β值的Weibull分布很适用于表征二维晶粒长大的准稳态晶粒尺寸分布，且表征效果优于文献中的已有工作。     

基于Monte Carlo方法的扩散光在组织体中传输过程研究

光在组织体中的传输过程是扩散光的随机吸收和散射的过程,采用辐射传输方程来表示,由于方程比较复杂,无法直接得到解析解,传统方法是通过蒙特卡罗(Monte Carlo)仿真模拟。通过对经典蒙特卡罗方法中的步长和权重的更改,完成对光子在组织体中传输过程的快速仿真。在相同的仿真条件下,同时对经典蒙特卡罗方法和改进的方法进行仿真实验,改进方法能够大幅度提高仿真速度;并对于含有异质子的组织体进行仿真,结果表明改进的方法不仅提高了速度,而且保证了实验结果的准确性。     

蒙特卡洛法全周期抽样的研究

为了解决蒙特卡洛法的模拟计算精度与计算速度的矛盾，研究了蒙特卡洛法的模拟计算误差与随机数序列周期的关系，提出了蒙特卡洛法全周期抽样的新概念，从理论上证明了全周期抽样的收敛解是惟一的，与随机数种子无关，与系统规模无关。通过对IEEE－RTS可靠性试验系统的计算，说明全周期抽样蒙特卡洛法优于状态枚举法，其误差值随着随机数序列周期数的增大而减小。对不同规模的系统，选取周期数合适的随机数序列，全周期抽样所得到的计算结果就可以达到一定的精度，而不必采用周期数很大的随机数序列，从而提高了蒙特卡洛法的模拟效率。     

Grain size distribution and topology in 3D grain growth simulation with large-scale Monte Carlo method

Three-dimensional normal grain growth was appropriately simulated using a Potts model Monte Carlo algorithm. The quasi-stationary grain size distribution obtained from simulation agreed well with the experimental result of pure iron. The Weibull function with a parameter β=2.77 and the Yu-Liu function with a parameter v =2.71 fit the quasi-stationary grain size distribution well. The grain volume distribution is a function that decreased exponentially with increasing grain volume. The distribution of boundary area of grains has a peak at S/〈S〉=0.5, where S is the boundary area of a grain and 〈S〉 is the mean boundary area of all grains in the system. The lognormal function fits the face number distribution well and the peak of the face number distribution is f=10. The mean radius of f-faced grains is not proportional to the face number, but appears to be related by a curve convex upward. In the 2D cross-section, both the perimeter law and the Aboav-Weaire law are observed to hold.     

一种适用于强散射生物介质脉冲响应函数的改进算法

该文在分析生物组织光学特性的基础上，针对强散射、弱吸收介质，提出了一种利用Monte Carlo模拟方法获得二维分布，脉冲响应函数的改进算法，利用该方法进行数值计算，得出了较为理想的结果，与直接Monte Carlo模拟相比计算效率显著提高。     

种蒙特卡罗方法的改进方案简

用快速高效的方法产生高质量的随机数是蒙特卡罗方法应用的关键并直接影响其时间复杂度。通过建立零驱动估计、单驱动估计两种新模型及优化梅森旋转算法,对随机数生成方法进行了改进。基于圆周率估算的仿真检测结果表明：新建立的两种模型在获取高精度的同时,分别使仿真时间缩短了80．1％和40．3％;改进后的梅森旋转算法使时间复杂度下降了91．1％。对蒙特卡罗方法在实际应用中兼顾精度和效率的研究有一定意义。