Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Silani,Mahdi Javanbakht
محمد سیلانی (استاد مشاور) مهدی جوان بخت (استاد راهنما)
 
STUDENT
Sam Mirzakhani
سام میرزاخانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394

TITLE

Numerical implementation of 2D coupled elasticity- phase field equations for martensitic phase transformations via finite element method
In the present work, a coupled system of phase field and elasticity equations is solved to simulate phase transformations (PTs) for a single martensitic variant under thermal and mechanical loadings in the Cartesian coordinate system. The linear finite element method (FEM) is used to solve the linear (small strain based) elasticity equations for a plane stress problem. On the other hand, the nonlinear time-dependent phase field (Ginzburg-Landau) equations in 2D are solved using the nonlinear finite element method. Next, the elasticity and phase field equations are coupled and solved using the FEM method and the developed code. The system of equations and the numerical procedure are verified using existing analytical solutions. Linear triangle elements and explicit method have been used in the FEM code. The stability and the mesh and time step independence of the solutions have been discussed. For the phase field equation, the isolated boundary condition is considered everywhere, imposing the constant surface energy over the simulation domain. Examples of cubic to tetragonal phase transformations in 2D for a single martensitic variant are presented including plane interface propagation, martensitic nucleus growth and reverse phase transformation under thermal and different mechanical loadings. The austenite- martensite interface velocity, width and energy have been obtained. The threshold stresses for austenite to martensite PTs for the uniaxial and biaxial loaidngs and reverse PTs are calculated. It is found the results are in a good agreement with the transformation work based criterion. The developed FEM code represents a proper and accurate tool to study the PTs including nucleation, growth and propagation of transformed phase, reverse PTs and equilibrium and stability conditions for phase transformations under mechanical and thermal loadings in 2D. A further development of the numerical procedure provides a powerful tool for the study of more complicated PTs. Keywords: Martensitic phase transformation; Phase field approach; Finite element method; Nanoscale
تبدیل فاز یا استحاله‌ی مارتنزیتی یک تبدیل فاز مرتبه اول، همراه با تغییر مکان اتم‌ها نسبت به هم و بدون رخداد پدیده نفوذ اتم‌ها در هم است که نقش مهمی در ایجاد نانو و مایکروساختارها و خواص مکانیکی در بسیاری از مواد نظیر آلیاژهای هوشمند ایفا می‌کند. در این تحقیق، معادلات کوپل الاستیسیته- میدان فاز غیر خطی برای پدیده رشد جوانه و تبدیل فازهای مارتنزیتی تحت بارگذاری‌های گرمایی و مکانیکی در دو بعد و در فضای کارتزین شبیه سازی شده است. در ابتدا روش المان محدود خطی برای حل معادلات الاستیسیته از یک سو و نیز روش اجزا محدود غیرخطی برای حل معادلات غیرخطی میدان فاز از سوی دیگر پیاده سازی، و صحت معادلات و روش عددی برای هر قسمت بررسی گردیدند. در ادامه، معادلات الاستیسیته و میدان فاز غیر خطی با یکدیگرکوپل شده و این معادلات با ترکیب کدهای اجزا محدود تولید شده بالا حل شده‌اند. شبیه سازی‌های موجود برای مسائل تنش صفحه‌ای و تک ورینت مارتنزیتی از سه ورینت مارتنزیتی موجود به کارگرفته شده است. در پایان مثال‌هایی برای تبدیل فازهای مکعبی به مکعب مستطیل در آلیاژ iAl در ابعاد نانو مورد بررسی قرارگرفته که از آن جمله می‌توان به ایجاد و انتشار صفحه مشترک تک بعدی آستنیت-مارتنزیت، رشد جوانه و نانوساختار مارتنزیت و هم چنین تبدیل فاز معکوس تحت دما، تنش و بارگذاری ترکیبی دما و تنش اشاره نمود که با استفاده از معادلات میدان فاز و نیز معادلات کوپل الاستیسیته- میدان فاز مدلسازی شده‌اند. کدهای تولید شده ابزاری پایه‌ای و مناسب هستند که با پیشرفت دادن آنها امکان تحلیل مسائل گوناگون با ابعاد بزرگتر، تعداد ورینت بیشتر، و با شرایط بارگذاری گوناگون فراهم می‌گردد کلمات کلیدی : میدان فاز، تبدیل فاز (استحاله) مارتنزیتی، ابعاد نانو، اجزا محدود غیرخطی، پارامتر مشخصه

ارتقاء امنیت وب با وف بومی