基于蒙特卡罗方法的晶粒生长模拟系统研究

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1、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

2、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Ti02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毅律，能够

3、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。关键字晶粒生长，蒙特卡罗模拟，微观结构，焙烧ABSTRACTGrainsizedistributioniSanimportantelementforthepropertyofmostmaterials．Thegrainsizedistributioncanbeobtained，andthemicrostmctureevolutionalSObeobservedfromMonteCarlomodelUSedtOsimulatethegraingrowthprocess

4、．SoitisgreatlysignificationtodesignMonteCarlomodelsimulatinggraingrowthanddiscussthemechanismofgraingrowth．ThemodifiedMonteCarlomodelispresent，thealgorithmisimproved，thethree—dimensionMonteCarlomodelisdesignedtosimulategraingrowth，thesimulationsystemiScarriedout，andt

5、hemicrostructureevolutionofgraingrowthincalcinationprocessisemulated，viastudyingthegraingrowthmechanismincalcinationprocess．ThegrainsizedistilbutioninfluencedbycalcinationtemperatureiSdiscussed．TheanalysisresultshowsthatcalcinationtemperatureiSthemostimportanttechnol

6、ogicparameter．ThemicrostructureevolutionofgraingrowthiSalsodiscussedincalcinationtemperature，simulationtime，neighborhoodnumber，andSOon．Thegraingrowthofnano—meterTi02incalcinationisemulatedusingthesimulationsystem．Itindicatesthatthevalueofemulationalgraingrowthexponen

7、t；、2．00．theexperimentalgraingrowthis2．17．SotheMonteCarlomodelrevealsthegraingrowthmechanismandisvaluabletotheexperimentaboutgraingrowthkinetics．KEYWORDSgraingrowth，MonteCarlosimulation，microstructure，calcinationIl原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特

8、别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在在论文中作了明确的说明。作者签名：关于学位论文使用授权说明本人了解中南大学有关保留、使用