基于蒙特卡罗方法的晶粒生长模拟系统研究

摘要

对大多数材料而言，其晶粒尺寸大小及均匀性是决定材料性能优劣的关键因素之一。运用蒙特卡罗方法模拟晶粒生长过程，不仅可以获得晶粒尺寸变化的信息，而且可以直观地观察到晶粒形貌的演变。因此，建立蒙特卡罗模型以模拟晶粒生长，探讨晶粒的生长机理具有重要意义。 通过对焙烧过程中晶粒生长机理的研究，提出了改进的晶粒生长跃迁概率蒙特卡罗模型，优化了模拟过程的算法，建立了模拟晶粒生长形貌演变的三维蒙特卡罗模型，开发了晶粒生长模拟系统，可实现对焙烧过程中晶粒生长和形貌演变的仿真。 通过模拟系统对晶粒生长的仿真，讨论了焙烧温度对晶粒尺寸分布的影响，仿真结果表明在较低温度下晶粒尺寸很小，尺寸分布相对集中，说明低温抑制了晶粒的生长；随着温度的升高，尺寸分布发生宽化，峰值下降，说明晶粒平均尺寸增大，并且晶粒尺寸不均一；当温度继续升高，晶粒尺寸分布再次集中并且峰值右移，说明晶粒平均尺寸继续增大并且具有较好的均一性。分析表明焙烧温度是影响晶粒尺寸均一性的重要工艺参数，同时研究了焙烧温度、模拟时间、邻近格点数等参数对晶粒形貌的影响。 模拟系统仿真了纳米TiO<,2>焙烧过程的晶粒生长，仿真所得晶粒生长指数为2.00,试验晶粒生长指数为2.17。结果表明所建立的模型正确地反映了晶粒生长规律，能够较好地解释晶粒生长过程，对晶粒生长动力学试验具有一定的指导意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

第二章模型与算法

2.1晶粒生长的跃迁概率

2.2改进跃迁概率

2.3改进模拟算法

2.4能量计算

2.5材料微观结构的可视化建模—格子模型

2.5.1格子模型基础

2.5.2密堆积

2.5.3三角点阵模型

2.5.4六角密堆积模型

第三章模拟系统

3.1开发语言、平台及技术

3.2系统框架

3.3系统类

3.3.1系统核心类

3.3.2系统框架类

3.4晶粒生长模拟系统

第四章系统仿真

4.1系统参数对模拟晶粒形貌的影响

4.2模拟时间对晶粒尺寸的影响

4.3焙烧温度对晶粒尺寸的影响

4.4纳米TiO2晶粒生长模拟与试验

第五章结论

参考文献

附录

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及教学实践