FRONTALNE AUTOMATY KOMÓRKOWE DO MODELOWANIA MIRKOSTRUKTURY

ISBN: 978-83-7464-569-0

342 stron
format: B5
oprawa: twarda
Rok wydania: 2013

Monografia dotyczy nowej, szeroko rozwijanej tematyki modelowania mikrostruktury za pomocą automatów komórkowych. W rozdziale 1 zaprezentowano podstawowe zasady budowy i działania automatów w kontekście historycznym. W drugim rozdziale autor omawia algorytmy rozrostu ziarna. Rozdział 3 poświęcony jest warunkom brzegowym i ich znaczeniu dla działania algorytmu automatów. W rozdziale 4 autor opisuje podstawowe algorytmy tworzenia modelu automatów komórkowych, w rozdziale 5 - współdziałanie automatów z metodą elementów skończonych stosowaną do wyznaczania pola temperatury i odkształcenia materiału. Kolejne rozdziały wprowadzają czytelnika w metody modelowania różnych zjawisk. W rozdziale 6 autor opisuje zastosowanie automatów do tworzenia początkowej mikrostruktury. Opisuje metody tworzenia zarodków i ich rozwoju. Rozdział 7 dotyczy zastosowania automatów do tworzenia struktury krzepnącego wlewka w linii ciągłego odlewania. Rozdział 8 omawia zastosowanie automatów do modelowania rekrystalizacji. Przedstawiono w nim modele rekrystalizacji stycznej i dynamicznej. W rozdziale 9 zaprezentowano model przemiany fazowej, a zwłaszcza problematyke zarodkowania nowej fazy i algorytmy wyboru miejsc zarodkowania. W rozdziale 10 podane zostały przykłady zastosowania automatów do wyznaczania naprężenia uplastyczniającego w modelach metody elementów skończonych. Rozdziały 10 i 11 zawierają przykłady zastosowań automatów i metody elementów skończonych do modelowania rozwoju mikrostruktury w procesach walcowania. Praca zakończona jest przykładami, które mogą być pomocne studentom w tworzeniu prostych modeli automatów komórkowych.

SPIS TREŚCI

Przedmowa

Część pierwsza. Podstawy frontalnych automatów komórkowych1. Wstęp1.1. Rys historyczny1.2. Klasyfikacja automatów1.3. Automaty komórkowe a modelowanie zjawisk mikrostrukturalnych1.4. Automaty komórkowe a problemy związane z ich stosowaniem2. Algorytmy rozrostu ziarna2.1. Klasyczny algorytm rozrostu ziarna2.2. Algorytm rozrostu ziarna z zastosowaniem losowych reguł2.3. Algorytm rozrostu ziarna ze sterowaniem prędkością rozrostu2.4. Izotropia przestrzeni2.4.1. Algorytm z niezmiennymi warunkami rozrostu ziarna2.4.2. Algorytm uwzględniający zmienną prędkość rozrostu2.4.3. Algorytm uwzględniający odkształcenielub dowolny kształt komórek2.4.4. Zmodyfikowany algorytm do wyznaczenia czasu przejścia2.5. Sterowanie kształtem rosnącego ziarna2.5.1. Globalne i lokalne współrzędne ziarna2.5.2. Algorytm rozrostu ziarna w kształcie kuli2.5.3. Algorytm rozrostu ziarna w kształcie elipsoidy2.5.4. Algorytm rozrostu ziarna w kształcie prostopadłościanu2.5.5. Algorytm rozrostu ziarna w kształcie ośmiościanu2.5.6. Algorytm rozrostu ziarna w kształcie walca3. Warunki brzegowe i reorganizacja przestrzeni komórkowej3.1. Wymagania stawiane warunkom brzegowym3.2. Warunki brzegoweprzy stałej topologii automatów komórkowych3.3. Warunki brzegoweprzy zmiennej topologii automatów komórkowych3.3.1. Odrzucenie połowy modelowej przestrzeni (hafoing)3.3.2. Przecinanie i składanie przestrzeni (cutting and bonding)3.3.3. Podwojenie przestrzeni3.3.4. Wyprostowanie przestrzeni automatów komórkowych3.4. Wskazówki dotyczące wyboru warunków brzegowych4. Opracowanie i zastosowanie frontalnych automatów komórkowych4.1. Konwencjonalne automaty komórkowe4.2. Frontalne automaty komórkowe4.3. Przykłady oszacowań nakładów obliczeniowych4.4. Uniwersalny frontalny automat komórkowy5. Przygotowanie danych do tworzenia siatkimetody elementów skończonych5.1. Zasady przygotowania danych5.1.1. Wczytywanie informacji o mikrostrukturze5.1.2. Sprawdzenie ciągłości ziaren5.1.3. Eliminacja zbyt drobnych ziaren5.1.4. Stworzenie listy komórek leżących na granicach ziaren5.1.5. Lista płaszczyzn styku ziaren5.1.6. Uporządkowanie ścian komórekna powierzchni styku dwóch ziaren, sprawdzenie ich ciągłościi wyznaczenie konturu każdej płaszczyzny5.1.7. Stworzenie listy krawędzi (linii) każdej płaszczyzny5.1.8. Stworzenie listy wszystkich linii5.1.9. Algorytm sprawdzania linii5.1.10. Stworzenie i wypełnienie listy linii dla każdego ziarna5.1.11. Stworzenie i wypełnienie listy wierzchołków5.1.12. Stworzenie i wypełnienie listy wierzchołkówdla każdej płaszczyzny i ziarnaoraz list płaszczyzn i ziaren dla każdego wierzchołka5.1.13. Zapisywanie wyników do plików5.2. Przykłady siatek MESCzęść druga. Modelowanie zjawisk mikrostrukturalnych6. Modelowanie początkowej mikrostruktury o zadanych parametrach6.1. Zasady i struktura modelu kształtowaniapoczątkowej mikrostruktury6.2. Wybór warunków symulacji i symulacja6.3. Uzyskanie mikrostruktury o zadanym rozkładzie wielkości ziaren6.3.1. Przedstawienie rozkładu teoretycznegow postaci szeregu rozdzielczego6.3.2. Wyznaczenie liczby ziareni reprezentatywnej objętości modelowejoraz sprawdzenie rozmiarów przestrzeni komórkowej6.3.3. Zadanie warunków zarodkowania6.3.4. Modelowanie mikrostrukturyi wyznaczenie empirycznego rozkładu wielkości ziarna6.3.5. Porównanie rozkładu empirycznego z teoretycznymi wyznaczenie błędu dopasowania6.3.6. Sprawdzenie kryterium dopasowaniai korekta warunków zarodkowania6.3.7. Obliczenia końcowe prędkości zarodkowaniaoraz modelowanie sprawdzające6.3.8. Określenie warunków zarodkowania6.4. Przykład symulacji mikrostruktury i jej wyniki6.5. Orientacja krystalograficzna ziaren6.5.1. Dopasowanie rozkładu orientacji ziaren6.5.2. Dopasowanie rozkładu kąta dezorientacji granic ziaren6.5.3. Dopasowanie rozkładu oraz orientacja ziareni kąta dezorientacji granic7. Krzepnięcie7.1. Model FCA do modelowania makrostruktury podczas krzepnięcia7.2. Założenia wstępne7.3. Modelowanie zjawiska zmiany stanu skupienia materiału(krystalizacja)7.4. Uwzględnienie pola temperatury podczas modelowania krzepnięcia7.5. Opis modułu FCA7.6. Wyniki modelowania7.6.1. Modelowanie wlewków za pomocą FCAo dużej liczbie komórek7.6.2. Wyznaczenie parametrów zarodkowania7.7. Modyfikacje programu FCA7.8. Weryfikacja modelu i jego optymalizacjaze względu na nakłady obliczeniowe8. Rekrystalizacja8.1. Rozwój metod badania i modelowania rekrystalizacji8.2. Główne założenia do modelowania rekrystalizacji8.3. Podstawowe modele8.3.1. Rozwój dyslokacji8.3.2. Naprężenie uplastyczniające8.3.3. Zarodkowanie8.3.4. Rozrost ziaren8.4. Kinetyka rekrystalizacji8.4.1. Warunki brzegowe8.4.2. Wymiar przestrzeni8.4.3. Kształt ziaren8.5. Rekrystalizacja statyczna8.5.1. Zarodkowanie podczas rekrystalizacji statycznej8.5.2. Kinetyka rekrystalizacji statycznej8.6. Rekrystalizacja dynamiczna8.6.1. Zarodkowanie i rozrost ziaren8.6.2. Uwzględnienie geometrii odkształcenia8.6.3. Naprężenie uplastyczniające8.6.4. Rekrystalizacja metadynamiczna8.7. Wielkość ziarna8.8. Kierunki dalszych badań rekrystalizacji9. Przemiany fazowe w stanie stałym9.1. Podstawowe wiadomości o przemianach fazowych w stali9.2. Modelowanie przemian fazowych9.3. Model przemian fazowych9.4. Wyniki modelowania wstępnego10. Rozdrobnienie mikrostruktury10.1. Materiały drobnoziarniste10.2. Model rozwoju mikrostruktury i zmian własności mechanicznychmateriałów silnie rozdrobnionych10.2.1. Modele oparte na metodzie elementów skończonych:MES I i MES II10.2.2. Automaty komórkowedo modelowania powstania nowych granic ziaren10.2.3. Teoria plastyczności kryształów10.2.4. Naprężenie uplastyczniające10.2.5. Model oparty na metodzie elementów dyskretnych10.3. Modele automatów komórkowych do rozwoju strukturdyslokacyjnych10.3.1. Modeli10.3.2. Modelll10.3.3. Model III10.4. Weryfikacja parametrów automatów komórkowych10.5. Zastosowanie opracowanego modelu do przeprowadzeniatestowych obliczeń10.5.1. Walcowanie pakietowe10.5.2. Symulacja procesu MAXStrainR11. Przykłady zastosowania frontalnych automatów komórkowychdo modelowania mikrostruktury w procesie walcowania11.1. Procesy wieloetapowego odkształcenia(walcowanie w wykrojach)11.1.1. Warunki symulacji11.1.2. Charakterystyka materiału11.1.3. Wyniki modelowania MES11.1.4. Modelowanie rozwoju mikrostruktury11.2. Walcowanie wyrobów płaskich11.2.1. Dane wejściowe11.2.2. Wyniki symulacjiPodsumowanie i analiza wyników badań teoretycznychCzęść trzecia. Praktyczny kurs automatów komórkowychĆwiczenia laboratoryjne 1. Automaty komórkowe. Podstawowe pojęcia.Jednowymiarowe CA. Lokalne regułyĆwiczenia laboratoryjne 2. Jednowymiarowe CA.Synchroniczne i asynchroniczne CAĆwiczenia laboratoryjne 3. Dwuwymiarowe CAĆwiczenia laboratoryjne 4. Otoczenie (sąsiedztwo)Ćwiczenia laboratoryjne 5. Sterowanie prędkością rozrostu.Izotropia przestrzeniĆwiczenia laboratoryjne 6. Frontalne automaty komórkoweĆwiczenia laboratoryjne 7. Kształt ziaren. ProstokątĆwiczenia laboratoryjne 8. Początkowa mikrostrukturaĆwiczenia laboratoryjne 9. Granice ziaren. Warunki brzegoweĆwiczenia laboratoryjne 10. Otwarte warunki brzegowe. Krok czasowyĆwiczenia laboratoryjne 11. Rozwój mikrostruktury. Przemiana fazowaLiteratura