熱塑性變形顯微組織演變的模擬及可視化.pdf

1、本文以新型的亞穩(wěn)定β型鈦合金—Ti-15-3合金作為研究對象,綜合運用現(xiàn)代塑性加工學、金屬學、現(xiàn)代數(shù)學、人工智能以及計算機科學等多種現(xiàn)代科學技術,對其在熱鐓粗變形及固溶處理后的顯微組織演變進行計算機模擬和可視化顯示,這對于制定其合理的熱變形工藝,保證產(chǎn)品的質量和提高使用性能具有重要的理論意義和實用價值.為了提高組織模擬的精度,在模擬軟件系統(tǒng)中必須包含有精確的顯微組織的預測模型.為此,在熱模擬壓縮試驗和定量金相法獲得的實驗數(shù)據(jù)的基礎上,首

2、次采用三層向后傳播的人工神經(jīng)網(wǎng)絡的方法建立了形變顯微組織的晶粒軸比、固溶再結晶顯微組織的再結晶晶粒密度和再結晶晶粒尺寸的預測模型.神經(jīng)網(wǎng)絡的預測值與實測值吻合較好,說明采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡的方法能夠比較精確地預測顯微組織隨變形程度、變形速率和變形溫度的變化而變化的情況.這不僅為提高組織模擬的精度創(chuàng)造了前提,也為制定其合理的熱成形工藝提供了理論依據(jù),具有較高的應用和推廣價值.本文對熱塑性變形顯微組織演變的模擬中的一些關鍵技術問題進行了詳細的研

3、究,對新舊網(wǎng)格系統(tǒng)間場變量信息的傳遞、再結晶組織的顯示等進行了有效的處理.針對有限元數(shù)值模擬結果,提出了基于計算單元節(jié)點場變量梯度的細劃方法,在此基礎上實現(xiàn)了較為精確快速的云圖繪制.基于晶粒形核與生長的物理機制,建立了異質瞬時形核模型和晶粒隨機生長模型,在此基礎上,本文首次將物理模擬與數(shù)值模擬、確定性模擬與隨機性模擬進行有機結合,采用將熱力耦合剛粘塑性有限元模型與顯微組織的神經(jīng)網(wǎng)絡預測模型及其演變的計算機模擬模型相結合的方法,開發(fā)了一個

4、相應的組織模擬軟件系統(tǒng),對熱鐓粗變形中及固溶處理后變形試件內顯微組織參數(shù)的宏觀分布及形變組織和再結晶組織的形貌進行了計算機模擬和可視化顯示.模擬結果與試驗結果的比較表明,模擬獲得的統(tǒng)計等效組織模型不丟失再結晶晶粒分布、晶粒度等主要特征,與實際的金相組織非常接近.由此證明,本文的正常晶粒生長過程的蒙特卡羅模擬、熱力耦合有限元分析、顯微組織參數(shù)的神經(jīng)網(wǎng)絡預測、顯微組織演變的模擬模型以及采用物理模擬與數(shù)值模擬、確定性模擬與隨機性模擬相結合的方