شماره راهنما :
1805 دكتري
پديد آورنده :
رضايي، ياسر
عنوان :
مدل سازي اثر ميدان مغناطيسي بر رشد دانه در فلزهاي چند بلوري به روش ميدان فاز
گرايش تحصيلي :
طراحي كاربردي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
س، 111ص.: مصور (رنگي)، جدول، نمودار
استاد راهنما :
مصطفي جمشيديان
توصيفگر ها :
رشد دانه , ميدان فاز , ميدان مغناطيسي , فلزهاي چند بلوري , ناهمسانگردي مغناطيسي
استاد داور :
مهدي سلماني تهراني، محمد سيلاني، كورش حسن پور
تاريخ ورود اطلاعات :
1400/08/10
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1400/08/10
چكيده فارسي :
در اين رساله، يك مدل ساختاري سه‌بعدي براي مدل‌سازي مكانيزم حركت مرزدانه تحت تأثير ميدان مغناطيسي، بر اساس قوانين ترموديناميكي ارائه ميشود. به حداقل رساندن انرژي مرزدانه و انرژي ميدان مغناطيسي نيروي محرك لازم براي حركت مرزدانهها را در يك ماده تحت اثر ميدان مغناطيسي فراهم ميكند. در بخش اول پاياننامه، با پيادهسازي معادلههاي ساختاري ارائه شده در
نرمافزار اجزاي محدود آباكوس از راه نوشتن زيربرنامه، اثر ميدان مغناطيسي بر روي مكانيزم رشد دانه در دوبلوري با مرزدانه‌ي تخت شبيهسازي ميشود. نتايج حاصل از شبيهسازي با نتايج تجربي راستي‌آزمايي ميشود. در ادامه، بر اساس مقاله‌هاي تجربي مولودف، شبيهسازي چندبلوري تيتانيوم انجام ميشود. مقايسه‌ي ميان نتايج شبيهسازي و نتايج تجربي نشان داد كه مدل ساختاري ارائه‌شده به‌خوبي ميتواند فرآيند حركت مرزدانه متاثر از ميدان مغناطيسي را به‌صورت كمي و كيفي شبيهسازي كند. سپس شبيهسازيهاي عددي ميدان فاز بر روي ريزساختارهايي با مقياس طولي متفاوت نشان داد كه تغييرات ريزساختار، به‌شدت وابسته به مقياس طولي ريزساختار است. نيروي محرك انحنا براي مقياسهاي طولي ريزساختار بهنسبت كوچك تعيين‌كننده‌ي مكانيزم رشد دانه است و منجر به تغييرات ريزساختار از طريق رشد عادي دانه ميشود. حركت مرزدانه تحت تأثير ميدان مغناطيسي، براي مقياسهاي طولي ريزساختاري بزرگ، سبب تغييرات ريزساختار ميشود كه از طريق رشد غيرعادي دانهها با انرژي مغناطيسي كم صورت مي‌گيرد. در ادامه، به بررسي اثر شدت ميدانهاي مغناطيسي مختلف بر روي رشد دانه ناشي از مغناطيس در دوبلوري و چندبلوري تيتانيوم پرداخته ميشود. نتايج حاصل از شبيهسازي نشان داد كه در شدت ميدانهاي كم، نيروي محرك انحنا باعث رشد عادي دانهها
ميشود. با افزايش مقدار شدت ميدان، نيروي محرك مغناطيسي بر نيروي محرك انحنا غلبه ميكند و باعث رشد غيرعادي دانهها ميشود. همچنين در ادامه به بررسي اثر جهتگيريهاي مختلف ميدان مغناطيسي پرداخته ميشود. نتايج شبيهسازي نشان داد كه هرگاه ميدان با جهت ND و جهت TD هم‌راستا شود، سبب تغييرات ريزساختار از طريق رشد عادي دانهها ميشود. هرگاه، ميدان بين دو جهت ND و TD حول محور RD ميچرخد، نيروي محرك ناشي از ميدان مغناطيسي باعث رشد غيرعادي دانهها ميشود. در ادامه به بررسي اثر همزمان نيروي محرك ناشي از ميدان مغناطيسي و انرژي كرنش الاستيك بر روي فلز تيتانيوم پرداخته ميشود. با استفاده از معادلههاي ساختاري در ابتدا با شبيهسازي دوبلوري، اثر نيروي محرك ناشي از انرژي كرنش الاستيك و ميدان مغناطيسي بررسي ميشود. سپس به شبيهسازيهاي چندبلوري تيتانيوم مطابق با ريزساختارهاي اوليه تجربي تحت اثر نيروهاي محرك كرنش الاستيك، ميدان مغناطيسي و انحنا پرداخته ميشود. در ابتدا، شبيهسازي براي كرنشهاي متفاوت انجام ميشود كه افزايش كرنش باعث افزايش سريع اندازه دانه ميانگين و تغييرات كسر حجمي در دو مجموعه دانه و ميشود. افزايش كرنش باعث كاهش كسر حجمي مجموعه و افزايش كسر حجمي مجموعه ميشود. سپس، به بررسي اثر شدت ميدانهاي مغناطيسي مختلف به ازاي يك مقدار كرنش ثابت پرداخته ميشود. نتايج حاصل از شبيهسازي نشان ميدهد افزايش شدت ميدان مغناطيسي باعث رشد اندك اندازه دانهي ميانگين ميشود و باعث اختلاف اندازهي دانه ميانگين در مجموعه دانههاي و ميگردد. با افزايش شدت ميدان مغناطيسي، نيروي محرك مغناطيسي باعث افزايش كسر حجمي مجموعه دانهي و كاهش مجموعه دانهي ميشود كه در تقابل با نيروي محرك كرنشي الاستيك قرار مي گيرد.
چكيده انگليسي :
In this thesis, a constitutive model for diffuse interface description of magnetic field-induced grain boundary migration in polycrystalline metals is developed based on the laws of thermodynamics. Within this phase-field modeling framework, simultaneous minimization of the total grain boundary energy and the stored magnetic energy within grains provides the driving force for grain growth in a polycrystal material exposure to a magnetic field. Using the available experimental data, phase-field simulations of the magnetic field-induced grain growth in bicrystalline zinc and polycrystalline titanium with two-dimensional columnar microstructure are performed and the model is validated by demonstrating a qualitative and quantitative match with experimental data. Using the validated constitutive model, the effects of magnetic field intensity and direction on the evolution of microstructure and polycrystalline texture in titanium are investigated. Quantitative simulation results show that under certain magnetic field directions and sufficient magnetic field intensity, the magnetic energy minimizing driving force can overcome the curvature driving force and cause texture evolution towards less magnetic energy grain orientations during annealing. However, magnetic fields with insufficient intensity or improper direction have a negligible effect on grain coarsening by nearly normal grain growth. The desired magnetic field direction and intensity are quantitatively presented for cold-rolled and annealed sheet titanium samples. In the following, the presented constitutive equations are developed to add the elastic stored energy minimizing driving force. The developed constitutive equations are used for simulation of titanium polycrystalline under the driving forces of elastic strain, magnetic field and curvature. The simulation results show that the increase of the applied strain causes a rapid increase in the average grain size and volume fraction of grain sets . The effect of the magnetic field intensity for a constant strain value is also studied. The simulation results show that increasing the intensity of the magnetic field results in a slight rise in the average grain size and causes a difference in the average grain size in the set of grains and . By increasing the intensity of the magnetic field, the magnetic driving force increases the volume fraction of the grain set and decreases the grain set .
استاد راهنما :
مصطفي جمشيديان
استاد داور :
مهدي سلماني تهراني، محمد سيلاني، كورش حسن پور
