جلسه دفاع از رساله دکترای خانم نیلوفر ورشابی
عنوان: مدلسازی میدان چندفازی رشد دانه در فلزات نانوبلور
اساتید راهنما: دکتر محمد سیلانی – دکتر محمد جعفری گلویک
استاد مشاور: دکتر مصطفی جمشیدیان
اساتید داور: دکتر مهدی جوانبخت – دکتر محمد آرام فرد – دکتر حسین جعفر زاده -دکتر کوروش حسنپور
یکشنبه 6 اردیبهشت ماه 1405 - ساعت 9 صبح
https://nikan.iut.ac.ir/rooms/m6m-k9r-jbz-r3n/join
چکیده
خواص مکانیکی مواد بلوری بهشدت تحت تأثیر ساختار دانه قرار دارد و این تأثیر در حالت نانوبلوری اهمیت ویژهای پیدا میکند. ریزساختار درون یک چندبلوری از طریق حرکت مرزدانهها که با کاهش انرژی آزاد کل سیستم همراه است، تکامل مییابد. بنابراین، تغییر در خواص مکانیکی با آغاز رشد دانه قابل انتظار است. مطالعهی رشد دانه در مواد نانوبلوری، که در آن مرزدانه بخش قابل توجهی از حجم کل دانه را تشکیل میدهد، بینشهای جدیدی در مورد ماهیت و خواص مرزدانهها فراهم میآورد. در این رساله، یک رویکرد محاسباتی نوین با تلفیق یک روش اجزای محدود جهت تحلیل تعادل ماکروسکوپی و یک روش میدان فازی برای شبیهسازی تکامل ریزساختار توسعه داده شد. این رویکرد، تبادل دادهی کارآمد دوطرفه و همزمان بین نقطههای انتگرالگیری در روش اجزای محدود و نقطههای شبکه در روش میدان فازی را امکانپذیر میسازد. همچنین، در این راستا تأثیر حجم آزاد اضافی مرزدانه در رفتار ترمودینامیکی و حرکت مرزدانهها بهطور صریح در مدل لحاظ گردید. هدف از این توسعه، ارائهی یک چارچوب محاسباتی برای بررسی ریزساختار و تکامل بافت در فلزات نانوبلوری و ایجاد یک نظریهی پدیدارشناختی سازگار با ترمودینامیک، بهمنظور توصیف دقیق رشد دانه و حرکت مرزدانه در فلزات نانوبلوری بود. در این راستا، یک مدل ساختاری سهبعدی برای شبیهسازی حرکت مرزدانه، با در نظر گرفتن حجم آزاد اضافی یا انبساط مرزدانه، بر اساس قوانین ترمودینامیکی توسعه داده شد. فرضیات حاکم بر نظریهی ساختاری شامل چشمپوشی کردن از نیروهای اینرسی/حجمی، در نظر گرفتن فرآیند تحت شرایط همدما و بدون منابع شار گرمایی، نادیده گرفتن اثرات سطوح خارجی بر حرکت مرزدانه، توسعهی معادلات ساختاری بر اساس اصول ترمودینامیک و نظریهی تعادل نیروهای میکرو در هیأت مرجع و عدم در نظر گرفتن حجم آزاد اضافی مرزدانه بهعنوان یک فاز مجزا میباشد. معادلات ساختاری مورد نیاز ابتدا استخراج و سپس از طریق نگارش یک زیربرنامه در نرمافزار اجزای محدود آباکوس پیادهسازی شدند. این رویکرد، روش میدان فازی برای مهاجرت مرزدانه تحت تنش را با محاسبات تعادل تنش در چارچوب روش اجزای محدود تلفیق میکند. درستی و دقت مدل پیشنهادی از طریق مقایسهی نتایج شبیهسازی با راهحلهای تحلیلی برای مرزدانهی دایرهای در یک مدل دوبلوری مورد تأیید قرار گرفت. افزون بر آن، مدل توسعهیافته برای شبیهسازی دادههای تجربی دیلاتومتری مس نانوبلوری بهکار گرفته شد که نهتنها امکان کالیبراسیون دقیق مدل را فراهم کرد، بلکه درک بهتری از نقش حجم آزاد اضافی مرزدانه در فرآیند رشد دانه ارائه داد. شبیهسازیها نشان داد که آزادسازی حجم آزاد اضافی مرزدانه در طول رشد دانه باعث ایجاد تنشها و کرنشهای پسماند در ساختار نانوبلوری مس میشود. هرچند این مقادیر اندک هستند، اما با کرنشهای خطی دیدهشده در دادههای تجربی قابل مقایسهاند. این نتایج نقش کلیدی حجم آزاد اضافی مرزدانه را در مهاجرت مرزدانه و تکامل ریزساختاری مواد نانوبلوری برجسته میکنند و بینشهای ارزشمندی را در مورد تأثیرات انبساط مرزدانه بر تکامل ریزساختار مواد نانوبلوری فراهم کرده و میتوانند مبنای مهمی برای طراحی مواد با خواص مکانیکی بهینه باشند.
کلمات کلیدی: میدان فاز، رشد دانه، حرکت مرزدانه، مواد نانوبلوری
