焊接接头微观组织模拟方法研究进展
焊接接头宏观及显微组织的观察
实验四焊接接头宏观及显微组织的观察一、实验目的1.了解金相显微镜的构造及使用方法；2.了解钢材焊接接头的宏观组织及显微组织；3.了解化学成分对焊接接头组织的影响。
二、实验内容1.学习金相显微镜的使用方法；2.观察低碳钢焊接接头横截面的宏观组织，并画出其示意图；3.观察低碳钢焊接接头和母材的显微组织，并画出过热区(含熔合区)、正火区和母材的显微组织示意图。
三、实验设备及材料DJX-1型金相显微组织电视显示系统，XJP-2型金相显微镜；低碳钢(Q235A：热轧态，埋弧自动焊，V形坡口)焊接接头试样。
四、光学金相显微镜简介1.构造光学金相显微镜主要由五个部分组成：载物台、物镜、目镜、光源和调节系统(如图7-1所示)。
载物台是放置试样用的。
它安装在滑轨上，可以平移，以改变试样的观察部位。
物镜和目镜构成放大系统。
显微放大倍数等于物镜放大倍数与目镜放大倍数的乘积。
调节系统包括粗调和微调旋钮。
调整旋钮，载物台就会上升或下降，物镜与试样观察表面的距离随之变化。
当调整到适当位置时，就可以清晰地看到显微组织。
光源是一个6 V、15 W的小灯泡，用来使试样表面获得充分、均匀的照明。
2.原理如图7-2所示，光源发出的光经聚焦后透过物镜射到试样表面。
由于试样表面经过处理，不同图7-1 金相显微镜构造1—光源；2—微调旋钮；3—粗调旋钮；4—载物台；5—试样；6—目镜；7—物镜图7-2金相显微镜光程图1—光源；2—聚光镜；3—半反射镜；4—物镜；5—试样；6—目镜的组织对光线的反应有所不同。
带有组织特征的光线再反射到物镜，放大后经棱镜反射到目镜再一次放大，于是就可以在目镜中看到放大的显微组织。
3.操作步骤1)打开光源。
2)将试样磨面向下，放在载物台上。
3)调节粗调旋钮，使试样尽量接近物镜，但不可接触物镜。
4)通过目镜观察，同时调节粗调旋钮使载物台徐徐上升(注意不可调反)。
这时视野逐渐变亮，直至组织出现。
若视场逐渐变暗，则应重新调整。
焊接接头微观组织模拟方法研究进展
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物机体的一种可能的理想模型而提出的， 随后它们 被逐渐引入到数学、 物理和材料科学等更加广泛的 领域， 比如计算机理论、 湍流和组织形成模拟研究 等。 是一类离散模 ", 法是物理体系的一种理想化， 型的统称， 或者可以说是一种建立模型的基本思想 和方法。 元胞自动机在刚刚提出到 23 世纪 43 、 53 年代并未引起足够的重视， 其发展较为零散和缓慢， 也没有形成系统的描述， 直到 6789 年， 随着计算机 科学的发展， 尤其是 :; <$*=)(. 对它的理论及应用 进行了深入研究， 较为系统地给出了元胞自动机的 一些数学理论基础以及统计描述， 人们才逐渐地意 识到元胞自动机的价值， 从而激发了人们对它的研 究兴趣。 而元胞自动机在材料科学中的应用也是近 几十年才发展起来的。 另外， 近年来一种新的模拟方法， 即相场法也 逐渐成为人们的研究热点 >5? 。 相场法是一种计算技 术， 可以使研究者在枝晶尺度上真实地模拟微观组 织的形成， 通过引入新变量——相场 ! 而得名。 相 场是一个序参量， 表示系统在时间和空间上的物理 状态 # 液态或固态 + 。 相场对系统中的相具有恒定的 值， 可以定义相场 ! 的一个确定的值表示系统中的 相的状态， 例如! @3 代表固相区， ! @6 代表液相区， 在固液界面上 ! 的值在 3A6 之间连续变化， 相场理
A6N01铝合金MIG焊接接头的微观组织与性能研究
A6N01铝合金MIG焊接接头的微观组织与性能研究杨尚磊1林庆琳2张峰3（1. 上海工程技术大学上海市，2016202.南车青岛四方机车车辆股份有限公司青岛市，2661113. 青岛市锅炉压力容器检验所, 青岛市, 266071）摘要：针对350Km/h高速列车用国产A6N01-T5铝合金型材进行了熔化极惰性气体保护焊(MIG)焊接试验，研究了MIG 焊接接头的微观组织、性能及断口形貌，结果表明：A6N01-T5铝合金MIG焊接接头成形良好，有效控制了气孔、裂纹和焊接变形。
焊缝中心的熔敷金属为铸态组织，呈等轴晶状。
熔合区靠近焊缝侧的结晶形态为沿散热方向排列的柱状晶，邻近熔合区的热影响区晶粒粗化。
A6N01-T5铝合金母材呈原始的轧制状态组织。
A6N01-T5铝合金MIG焊接接头的抗拉强度为270MPa，屈服强度为227MPa，断后伸长率为6.0%。
焊接接头的拉伸断口位于焊缝，断口呈典型的韧窝结构。
关键词:铝合金；熔化极惰性气体保护焊；微观组织；力学性能0前言350km/h高速列车采用国产大型超长宽幅中空铝合金挤压型材的焊接结构，因此，大型铝合金型材是高速列车制造的关键材料，铝合金材料的焊接是决定高速列车长期安全运行的基础，对于提高高速列车的运行寿命具有重要意义[1-4]。
A6N01铝合金具有挤压性和耐蚀性好的特点，适于制造车体主体结构用的复杂截面多孔中空型材。
欧洲高速列车制造公司和日本新干线列车制造企业均采用此类合金作为生产高速列车的关键用材。
目前，这些国产铝合金挤压型材已经大量应用于高速列车生产，但其焊接材料大都由国外进口。
国产大型铝合金挤压型材完全能够满足高速列车车体运行使用要求，但焊接后的焊接接头性能却大为降低。
因此，研究铝合金挤压型材焊接接头的微观组织与性能变化对推进我国高速列车制造技术的发展和实现轨道交通轻量化、高速化和国产化具有重要意义，对于研制受焊接热循环较小影响的性能优良的铝合金挤压型材及其更加先进的国产焊接材料与焊接技术同样具有现实意义。
焊接多物理场耦合数值模拟的研究进展与发展动向
２１ ０ 第 １期 ２年 １ ３
Ｋ ｐａ ａ ｌｎ利 用 一 个 从 Ｒ ｓｎｈ ｌ 析 解 推 导 而 来 的 ｏｅ ｔａ 解 热 传 导 公 式 ， 纵 截 面 上 逐 点 求 解 能 量 平 衡 方 程 ， 定 在 确
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去 是 很 困难 的 一件 事 。焊 接热 弹 塑性 的理论 和方 法 为
随着计 算 机 和数 值 分 析技 术 的 突 飞猛 进 ，一 些 大 型 的 力 学 通 用 软 件 也 获 得 了 迅 速 发 展 ，如 ＭＡ Ｃ， Ｒ Ａ Ａ ＳＡ Ｓ Ｂ ＱＵ ， Ｎ ＹＳ等 。目前 利用 这 些软 件进 行二 次开 发 已经可 以对许 多 焊 接应 力 与变 形 问题 进 行 分 析 ，由此
在 ２ ０世纪 ８ ０年 代初 ．西 安 交通 大 学 和上 海 交通
大 学 等 就 开 始 了关 于 焊 接 热 弹 塑 性 理 论 及 其 在 焊 接 应
热 焊 接 法 降 低 管 子 焊 接 接 头 内壁 残 余 应 力 效 果 的 研
力 与变形 中应用 的研 究工 作 。上 海交 通大 学 在 １ ８ ９ ５年 出版 了“ 值 分 析 在 焊 接 中应 用 ” 对 当 时 国 内外 的研 数 ，
部物 理 机制 相对 于 单种 焊 接工 艺 更加 复 杂 。它 不仅 涉
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焊接接头的微观变形行为研究
焊接接头的微观变形行为研究焊接是一种常见的金属连接工艺，通过加热和冷却的过程，将两个或更多的金属材料融合在一起。
焊接接头的质量直接影响着焊接结构的强度和稳定性。
因此，研究焊接接头的微观变形行为对于提高焊接技术的质量和效率具有重要意义。
焊接接头的微观变形行为主要包括热影响区的晶粒尺寸和取向的变化、晶格缺陷的形成和扩散以及残余应力的产生。
在焊接过程中，高温使得晶粒尺寸发生变化，晶体取向也发生了调整。
这些变化对焊接接头的力学性能和耐腐蚀性能都有着重要影响。
同时，焊接过程中的快速冷却也会导致晶格缺陷的形成，如位错和晶界。
这些缺陷对焊接接头的强度和韧性产生了影响。
另外，焊接接头中还存在着残余应力。
焊接时，由于热传导和热膨胀的影响，焊接接头内部会产生应力。
这些应力可能导致接头的变形和开裂。
因此，研究焊接接头的残余应力分布和变化规律，对于预防焊接接头的失效具有重要意义。
为了研究焊接接头的微观变形行为，科学家采用了多种技术手段。
其中，金相显微镜是一种常用的工具。
通过对焊接接头进行金相显微镜观察，可以观察到晶粒尺寸和取向的变化，以及晶格缺陷的形成情况。
此外，电子显微镜和X射线衍射等高级显微技术也被广泛应用于焊接接头的微观变形研究中。
这些技术可以提供更高分辨率的图像和更详细的晶格信息。
除了显微镜技术，科学家还通过数值模拟方法研究焊接接头的微观变形行为。
数值模拟可以模拟焊接接头的热传导和热膨胀过程，进而预测晶粒尺寸和取向的变化，以及残余应力的分布。
通过与实验结果的对比，可以验证数值模拟的准确性，并优化焊接工艺参数。
焊接接头的微观变形行为研究不仅对于提高焊接技术的质量和效率具有重要意义，还对于相关领域的发展有着重要影响。
例如，航空航天领域对于焊接接头的质量要求非常高，研究焊接接头的微观变形行为可以为航空航天工程的设计和制造提供重要参考。
此外，在材料科学和工程领域，焊接接头的微观变形行为研究也可以为新材料的开发和应用提供指导。
焊接材料的宏观与微观性能测试方法研究
焊接材料的宏观与微观性能测试方法研究焊接是一种常见的金属连接工艺，广泛应用于工业制造、建筑和航空航天等领域。
焊接材料的性能对焊接接头的质量和可靠性有着重要影响。
因此，研究焊接材料的宏观与微观性能测试方法对于提高焊接接头的质量具有重要意义。
宏观性能测试是评估焊接接头力学性能的重要手段之一。
宏观性能测试主要包括拉伸试验、冲击试验和硬度测试等。
拉伸试验是通过施加拉力来测定焊接接头的强度和延伸性能。
冲击试验则是评估焊接接头在冲击载荷下的韧性能力。
硬度测试则是通过测量焊接接头的硬度来评估其强度和耐磨性能。
这些宏观性能测试方法可以直观地反映焊接接头的力学性能，为焊接工艺的优化提供重要依据。
然而，宏观性能测试方法只能提供整体性能的评估，无法揭示焊接材料的微观结构与性能之间的关系。
微观性能测试方法则可以更加深入地研究焊接材料的微观结构和性能。
常用的微观性能测试方法包括金相显微镜观察、扫描电子显微镜观察和X射线衍射分析等。
金相显微镜观察可以通过对焊接接头的组织结构进行观察和分析，揭示焊接材料的晶粒尺寸、相含量和相分布等信息。
扫描电子显微镜观察则可以进一步观察焊接接头的表面形貌和微观缺陷，以及晶界和相界的分布情况。
X射线衍射分析则可以通过分析焊接接头的衍射图谱来确定焊接材料的晶体结构和晶格参数。
除了以上常用的宏观和微观性能测试方法外，近年来还涌现出一些新的测试方法。
例如，纳米压痕试验可以通过在焊接接头表面施加微小压力，来研究焊接材料的纳米硬度和弹性模量等性能。
纳米压痕试验具有非破坏性、高分辨率和高灵敏度的特点，可以在微观尺度上研究焊接材料的力学性能。
此外，还有一些新兴的无损检测方法，如超声波检测和热红外成像等，可以用于评估焊接接头的缺陷和裂纹情况。
综上所述，焊接材料的宏观与微观性能测试方法研究对于提高焊接接头的质量和可靠性具有重要意义。
宏观性能测试方法可以直观地评估焊接接头的力学性能，为焊接工艺的优化提供依据。
而微观性能测试方法则可以深入研究焊接材料的微观结构和性能，揭示其晶粒尺寸、相含量和相分布等信息。
焊接工艺对焊接接头组织与性能的微观调控研究
焊接工艺对焊接接头组织与性能的微观调控研究焊接是一种常用的金属连接方法，广泛应用于制造业中。
焊接接头的组织与性能对产品的质量和可靠性有着重要影响。
因此，对焊接工艺进行微观调控的研究具有重要意义。
首先，焊接工艺的选择对焊接接头的组织与性能有着直接影响。
不同的焊接工艺会产生不同的热输入和冷却速率，从而对接头的组织和性能产生影响。
例如，电弧焊接和激光焊接是常用的焊接工艺，它们的热输入和冷却速率不同，因此会导致接头组织和性能的差异。
通过选择合适的焊接工艺，可以实现对接头组织和性能的微观调控。
其次，焊接参数的调节也是实现焊接接头微观调控的重要手段。
焊接参数包括焊接电流、焊接速度、焊接压力等。
这些参数的调节可以改变焊接接头的热输入和冷却速率，从而对接头的组织和性能产生影响。
例如，增大焊接电流可以提高焊接接头的热输入，从而使接头的晶粒尺寸变大，提高接头的塑性和韧性。
通过合理调节焊接参数，可以实现对接头组织和性能的微观调控。
另外，焊接材料的选择也是影响接头组织与性能的重要因素。
不同的焊接材料具有不同的化学成分和晶体结构，从而会对接头的组织和性能产生影响。
例如，选择合适的焊接材料可以实现接头的强度提高、耐腐蚀性能增强等目标。
通过对焊接材料进行合理选择，可以实现对接头组织和性能的微观调控。
此外，焊接过程中的热处理也是实现焊接接头微观调控的重要手段。
热处理可以改变接头的组织和性能，提高接头的强度、硬度等性能指标。
例如，通过淬火热处理可以使接头的硬度提高，通过回火热处理可以提高接头的韧性。
通过合理选择和控制热处理工艺，可以实现对接头组织和性能的微观调控。
综上所述，焊接工艺对焊接接头组织与性能的微观调控具有重要意义。
通过选择合适的焊接工艺、调节焊接参数、选择合适的焊接材料以及进行适当的热处理，可以实现对焊接接头组织和性能的微观调控。
这对于提高焊接接头的质量和可靠性具有重要意义，也为制造业的发展提供了技术支持。
因此，对焊接工艺的微观调控研究具有重要的理论和实际意义。
焊接过程中的微观组织演变研究
焊接过程中的微观组织演变研究摘要焊接是一种常用的连接工艺，在焊接过程中，材料的微观组织会发生演变，这对焊接接头的性能起着重要影响。
本文通过对焊接过程中微观组织演变的研究，探讨了焊接过程中各个阶段的组织变化，以及不同焊接参数对组织演变的影响。
研究结果表明，焊接过程中的微观组织演变与焊接参数、材料性质等因素密切相关，通过合理调节焊接参数和材料选择，可以获得理想的焊接接头。
1. 引言焊接是一种将金属或非金属材料加热至熔点或塑性状态，利用加压或非加压形式实现熔融材料连接的工艺。
在焊接过程中，材料的微观组织会发生演变，这是由于焊接过程中的热输入、冷却速率等因素引起的。
微观组织的演变对焊接接头的性能起着重要影响，因此研究焊接过程中的微观组织演变具有重要意义。
2. 焊接过程中的微观组织演变焊接过程中的微观组织演变可以分为以下几个阶段：2.1 加热阶段在焊接过程中，首先是加热阶段。
当电弧或火焰作用于焊缝时，焊缝区域开始升温。
材料的微观组织会因加热而发生变化。
其中，金属晶粒的尺寸增大，晶界迁移和重结晶现象开始发生。
2.2 熔化阶段随着温度的升高，焊缝区域的材料开始熔化。
在熔化阶段，金属的晶体结构完全破坏，形成液态金属。
同时，由于熔融的金属具有高温、高浓度的活性化学性质，容易与周围环境中的气体、氧化物等发生反应。
2.3 冷却阶段当焊接过程结束后，焊缝区域开始冷却。
冷却速度的快慢对于焊接接头的微观组织演变起着决定性影响。
如果冷却速度较快，则会形成细小的晶粒，其中可能存在残余应力和不均匀的组织。
而如果冷却速度较慢，则晶粒会较大，组织均匀性较好。
3. 影响微观组织演变的因素焊接过程中微观组织演变受多种因素影响，包括焊接参数、材料性质等。
3.1 焊接参数焊接参数是指焊接过程中的温度、热输入、冷却速率等参数。
这些参数的变化会直接影响焊接接头的微观组织演变。
例如，在加热阶段，加热温度的高低会影响晶粒尺寸的生长速率；而在冷却阶段，冷却速率的快慢会决定晶粒的大小和组织的均匀性。
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WGD UAHPI： LASR7JGH I4S7Q=J4A8 ； S4LHAIJH7LJ7HG ； VA8JG *=HQA ； *GQQ7Q=H 17JAS=J4A8
引言
焊缝及热影响区 !?1B& 的微观组织对接头的性 能有着重要影响。 焊缝组织的形成过程复杂， 受诸多 因素影响， 如焊缝金属及母材成分、 焊接热循环过 程、 焊缝中夹杂物尺寸和分布、 奥氏体晶粒成分和 尺寸等等。 通过相变热力学计算， 可确定铁素体、 珠 光体、 贝氏体等形核孕育时间以及转变开始温度； 通过相变动力学计算， 可确定新生相晶粒生长速度 并计算最终的质量百分比。 由于焊接是一个不平衡 的连续冷却过程， 进行热力学、 动力 学 计 算 比 较 困 难， 而且组织转变过程中的部分参量尚未有明确的 物理模型和数学表达式， 因此， 模拟接头微观组织 仍然十分困难。 但随着计算机技术的发展， 计算机 模拟在焊接领域中已得到越来越广泛的应用。 很多 的科研工作者进行了大量的研究， 并取得了很大的 进展。 其研究主要集中在以下几个方面Z)[#\。 04 焊接热过程的数值模拟； 54 焊接熔池流体流 动以及焊缝形状、 尺寸的数值模拟； +4 焊缝金属凝 固和焊接接头相变过程、组织变化的数值模拟； 24 焊接应力和应变发展过程的数值模拟； "4 非均匀焊 接接头的力学行为的数值模拟； *4 焊接结构断裂韧性、
6
焊接接头微观组织的数值模拟方法
采用计算机模拟技术研究焊接接头微观组织ห้องสมุดไป่ตู้
及其变化对材料性能的影响是近年来焊接模拟技 术研究领域中的热点和前沿课题之一。 目前用于焊接接头微观组织模拟的方法主要 有确定性方法和概率性方法。 确定性方法是指在给定时刻， 一定体积熔体内 晶粒的形核密度和生长速率都是确定的函数。 该函 到目前为止确定性方法已经得 数可通过实验求得Z"\。 到了广泛的发展。 运用确定性方法建立的模型可成 功预测微观组织的特征， 如等轴晶的平均尺寸和柱 状晶的纵向生长等。 如文献Z.\中提出了低合金钢焊 缝奥氏体晶粒尺寸计算模型， 该模型从晶粒长大的 基本理论出发， 考虑了焊接条件下的影响因素， 综 合了焊缝金属合金元素对奥氏体晶粒长大的影响， 建立了一个在连续冷却条件下基于碳原子扩散速 率的低合金钢焊缝金属奥氏体晶粒尺寸的计算模 型。 文献Z/\中建立了基于夹杂物惰性界面非扩散形
论是建立在统计学基础上的， 以 BC%DE-)FGH(%I(- 相 变理论为基础， 通过微分方程反映扩散、 有序化势 以及热力学驱动力的综合作用。 相场方程的解可以 描述金属系统的固液界面的形态、 曲率以及界面的 移动。 相场参数的求解还需耦合外部温度场、 溶质 场、 流速场等， 此外， 若使用显式查分格式， 界面厚 度与网格步长还需满足一定条件。
生长动力学试验结合起来， 通过对焊接热影响区的 焊接热循环进行有限元分析， 将其与晶粒生长模型 结合起来， 得出一个准确的一一对应的模拟时间与 真实时间的关系。
4
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专题综述
王力群等： 焊接接头微观组织模拟方法研究进展
第1期
在目前的研究中， 微观晶粒生长的模拟多是采 用 !"# 模型和 $%" 模型进行的。
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012( 345678， 9:;2( <4=85>=8>， ?@12( 185>7A， 3: BC45D7=8 !?7=ECA8> @84FGHI4JD KL4MN’GLCM， 07C=8 "#$$%"， *C48=& 1OIJH=LJ ： ’CG PGFGQARSG8J AT LASR7JGH I4S7Q=J4A8 JGLC8467GI AT S4LHAIJH7LJ7HGI AT UGQP =8P CG=J5=TTGLJGP EA8G!?1B& 4I HGF4GUGP ，
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!"# $% 法模拟焊接 接 头 组 织 晶 粒 长 大 的 研究进展
随着科学技术的发展和电子计算机的发明， &’ 世纪 (’ 年代， #) 法作为一种独立的方法被提出来， 并且首先在核武器的研制、 粒子传输等领域中得到 美国 $--./ 研究组在 0’ 年代初开发了 了应用*+’,。 二维算法后， 很快引起广大学者的重视并进一步 应用于再结晶、 多晶材料的晶粒长大、 有序—无序 畴转变等多种金属学和物理学仿真过程。 +102 年， 将其应用 34567894 *++:+;, 提 出 一 个 新 型 的 #) 程 序 ， 于二维的晶粒长大动力学模拟， 后来， 又将 #) 法 应用于模拟晶粒生长的尺寸分布、 拓扑学和局部动 力学的研究。 "79<4 和 =>?@@A6 最先采用 34567894 等发展起来的 #) 方法建立了晶粒生长 的 概 率 模
*+B, +0, 型。 后来， 考虑了材料的界 CD4>?4E FGH 和 =I?@G*+J，
对 ’S;#9T)7TU =S VDGD4?D4 等人 *&&, 利用 !"# 模型， 焊接 K3F 晶粒生长进行了模拟， 并在模拟中将温度 梯度融入 #) 算法， 成功地获得了焊接热影响区的 热钉扎现象， 丰富了文献 *&’, 中提出的修正 #) 算 法， 进一步奠定了焊接接头 K3F 晶粒生长模拟的 研究基础。 FS WD4E 和 =S =?8@D*&2,利用 !"# 模型对钛 合金 K3F 晶 粒 生 长 进 行 三 维 的 #) 模 拟 ， 提出了 第 一 个 工 业 用 纯 钛 在 !X3 焊 接 中 三 维 晶 粒 生 长 模型， 克服了二维模拟中的缺点。 &’’& 年， #SWSY? 和 *&(, $SZD44D@6[ 等 利 用 $%" 模 型 对 /? &J’ 激 光 焊 接后 K3F 晶粒的生长进行了二维模拟， 并且具 体 分析了在实际模拟过程中时间、 空间以及物理参数 如温度的测量等等对模拟结果的影响和原因， 进一 步为 #) 法应用于高温焊件组织预测提供了研究基 础。 文献*&;, 中也应用 #) 法在 \4?] 下利用 )^^得到 了再结晶及晶粒生长的简单通用软件， 可以通过这 个软件得到模拟后的微观组织、 晶粒尺寸分布、 晶 粒生长动力学信息及二维动态生长。 在国内， 许多学者对焊接接头微观组织晶粒生 长过程也有了不少的研究。 但早期还是主要集中在 对 #) 法本身的探讨、 模拟晶粒分布函数特点以及 例如， 丁雨田等人 *&B, 应用 #) 晶粒形貌等方面 *&B:2+, 。 方法模拟了定向凝固条件下微观组织的形成过程。 莫 春 立 等 人 *&J, 通 过 对 #) 法 的 研 究 揭 示 了 其 在 模 拟微观组织过程中的重要作用， 讨论了 #) 法的特 点以及概述了 #) 模拟方法在材料加工过程中的应 用情况。 陈礼清等人 *&0, 利用二维点阵及 #) 法模拟
", 法最早是由 /$% 0’-.(%% 和 1*(. 作为生
物机体的一种可能的理想模型而提出的， 随后它们 被逐渐引入到数学、 物理和材料科学等更加广泛的 领域， 比如计算机理论、 湍流和组织形成模拟研究 等。 是一类离散模 ", 法是物理体系的一种理想化， 型的统称， 或者可以说是一种建立模型的基本思想 和方法。 元胞自动机在刚刚提出到 23 世纪 43 、 53 年代并未引起足够的重视， 其发展较为零散和缓慢， 也没有形成系统的描述， 直到 6789 年， 随着计算机 科学的发展， 尤其是 :; <$*=)(. 对它的理论及应用 进行了深入研究， 较为系统地给出了元胞自动机的 一些数学理论基础以及统计描述， 人们才逐渐地意 识到元胞自动机的价值， 从而激发了人们对它的研 究兴趣。 而元胞自动机在材料科学中的应用也是近 几十年才发展起来的。 另外， 近年来一种新的模拟方法， 即相场法也 逐渐成为人们的研究热点 >5? 。 相场法是一种计算技 术， 可以使研究者在枝晶尺度上真实地模拟微观组 织的形成， 通过引入新变量——相场 ! 而得名。 相 场是一个序参量， 表示系统在时间和空间上的物理 状态 # 液态或固态 + 。 相场对系统中的相具有恒定的 值， 可以定义相场 ! 的一个确定的值表示系统中的 相的状态， 例如! @3 代表固相区， ! @6 代表液相区， 在固液界面上 ! 的值在 3A6 之间连续变化， 相场理
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#$ 模拟晶粒长大常用的几种模型(+*
2;2;6 初始的 !" 模型 678J 年， ,%I’)K$% 首次提出一个新型的 !" 程
序， 将其应用于二维的晶粒长大动力学模拟。 将微观 结构映射到一个离散的网格上， 每一个网格赋给一 表明该点的晶粒取向。 晶粒的原始 个从 6 到 ! 的值， 分布取向是随机选取的， 与晶体学取向不相同， 系统 进化减少了最近邻格点的对偶。 微观结构的暂时进 化遵从晶粒尺寸和形状对时间的依赖性， 微观结构 的产生与肥皂泡试验相一致， 然后根据晶粒生长的 动力学方程进行模拟。
2;2;2 晶界迁移模型 BL!#F)(C% E$-%I()M .CF)(&C$% .$I’*+