Skip to main content
SUPERVISOR
Mahdi Javanbakht,Mohammad Silani
مهدی جوان بخت (استاد راهنما) محمد سیلانی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Ali Fattahi
علی فتاحی وانانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395

TITLE

Analysis of single and two variant martensitic nanostructures in polar coordinate based on phase field theory and using finite element method
Martensitic phase transformation is a first order, displacive and diffusionless transformation which occurs between austenite and martensite phases. Austenite is a cubic phase which is stable at high temperatures while martensite is tetragonal and is stable at low temperatures. The formation of martensite requires a rapid cooling. The main aim of this study is to investigate martensitic phase transformations in polar coordinate at nanoscale which is the base for the analysis of different transformations from martensitic ones to surface melting and so on in nanostructures with a circular cross section such as nanotubes and nanoparticles. First, the phase field equations, i.e., the Ginzburg-Landau kinetics equations, and the energy functions are described in detail. Next, due to the nonlinearity of kinetics equations, the finite element form of these equations are derived using the nonlinear finite elemente method. Then, elasticity equations consisting of the equilibrium (neglecting the mass), kinematics and consititutive equations are presented in the polar coordinatefor plane stress problems and their finite element form is derived. Finally, the elasticity and the phase field equations which are coupled through the phase dependence of strain and the presence of the elasticity energy in the phase field energy are solved using the nonlinear finite elemente method and the Matlab code. Different explicit and implicit numerical methods are used for the time dependent system of equations. Several examples of phase transformations such as pure thermal hase transformation (without mechanics) and also stress- and thermal induced phase transformations for a circular sample with one and two martensitic variants are presented The developed code provides a proper tool to study different transformation phenomena in samples with complex geometries and more variants and under different mechanical loadings. Keywords: martensitic transformation, polar coordinate, small strain, phase field, finite elemente.
استحاله ی فازی مارتنزیتی نوعی استحاله ی فازی بدون انتشار و نفوذ اتم ها و همراه با تغییر مکان نسبی اتم ها hy;ست. این استحاله بین دو فاز آستنیت و مارتنزیت روی می دهد. آستنیت فازی مکعبی شکل و پایدار در دمای بالاست در حالی که مارتنزیت معمولا مکعب مستطیل و پابدار در دمای پایین می باشد. تشکیل مارتنزیت معمولا مستلزم سریع سرد کردن می باشد و اتم ها به صورت گروهی جابه جا می شوند. هدف اصلی این تحقیق بررسی استحاله ی فازی آستنیت- مارتنزیت در مختصات قطبی و در ابعاد نانو می باشدکه خود زیربنای تحلیل استحاله های مختلف از مارتنزیتی تا ذوب سطحی و .. در نانوساختار های با سطح مقطع دایروی مانند نانولوله ها و در گام بعد نانوذرات می باشد. در ابتدا معادلات میدان فاز یا همان معادلات سینتیک گینزبرگ- لاندا و توابع انرژی به صورت مشروح بیان می گردد و با توجه به غیر خطی بودن معادلات سینتیک از روش اجزاء محدود غیرخطی معادله ی سینتیکی به فرم المانی استخراج می گردد. در ادامه معادلات الاستیسیته شامل معادلات تعادل، سینماتیک و مشخصه برای حالت تنش در مختصات قطبی ارائه می گردد. در اینجا، از اثرات جرم صرف نظر شده است و با استفاده از روش اجزاء محدود معادلات الاستیسیته به شکل المانی درمی‌آیند. در انتها با کوپل معادلات الاستیسیته- میدان فاز که از طریق وابستگی کرنش به نوع فاز و نیز حضور تابع انرژی الاستیک در رابطه ی انرژی میدان فاز صورت می گیرد و اعمال روش اجزاء محدود غیرخطی برای تحلیل این معادلات، استحاله ی فازی مارتنزیتی کوپل شبیه سازی می‌گردد. از مکانیک تغییر شکل کوچک و از روش های حل عددی صریح و ضمنی برای حل معادلات استفاده شده است. پس از استخراج معادلات به وسیله ی کدنویسی اجزاء محدود و با استفاده نرم افزار متلب، الگوریتم و برنامه ی لازم برای حل معادلات نوشته شده است. مثال هایی از استحاله ی فازی نظیر تبدیل فاز خالص(بدون بار مکانیکی) برای یک نمونه ی دایروی برای تک و دو ورینت مارتنزیتی و هم چنین تبدیل فاز معادلات کوپل با الاستیسیته برای نمونه ی دایروی در دو حالت تک و دو ورینت مارتنزیتی ارائه می گردد. کد نوشته شده ابزاری زیربنایی و مناسبی است که با پیشرفت دادن آن امکان بررسی استحاله های مختلف برای نمونه های با هندسه متفاوت، تعداد ورینت بیشتر و با شرایط بارگذاری گوناگون فراهم می‌گردد. کلمات کلیدی: استحاله ی مارتنزیتی، مختصات قطبی، کرنش کوچک، میدان فاز، اجزاء محدود

ارتقاء امنیت وب با وف بومی