Wykorzystanie statystycznej reprezentacji mikrostruktury do modelowania
przemian fazowych w stalach DP poprzez rozwiązanie równania dyfuzji
Modelowanie produkcji wyrobów z zaawansowane stali o wysokiej wytrzymałości wymaga uwzględniania zarówno zjawisk termicznych i mechanicznych jak i mikrostrukturalnych zachodzących w tych stalach. Własności stali zależą od morfologii mikrostruktury, która może być kontrolowana poprzez zastosowania odpowiednich cykli obróbki termicznej na etapie produkcji. Opracowano model wykorzystujący rozwiązaniu równaniu dyfuzji z ruchomą granicą międzyfazową pozwalający na modelowanie przemian z wykorzystaniem cyfrowej reprezentacji materiału. Metoda zbioru poziomic została wykorzystana do śledzenia frontu przemiany. Model pozwala na przewidywania morfologii mikrostruktury i rozkładu stężenia węgla. W pracy zaproponowano również rozwiązanie zmierzające do poprawy efektywności numerycznej poprzez uproszczenie wirtualnej reprezentacji materiału. Idea statystycznie podobnego reprezentatywnego elementu objętościowego została zastosowana na etapie modelowania w celu redukcji złożoności obliczeniowej prowadzonych obliczeń numerycznych. Przygotowano elementy SSRVE dla mikrostruktury stali S243, a następnie wykorzystano je w symulacji przemian fazowych przy nagrzewaniu i chłodzeniu. Pracę kończy przedstawienie praktycznego wykorzystania modelu przemian fazowych oraz metodologii SSRVE w projektowaniu cykli chłodzenia z wykorzystaniem metod optymalizacji.The modelling of the manufacturing of advanced high strength steel products requires taking into account both thermal and mechanical as well as microstructural phenomena occurring in these steels. The properties of steel depend on the morphology of the microstructure, which can be controlled by applying appropriate heat treatment cycles at the manufacturing stage. A new kind of model was developed using the solution of diffusion equation with a moving boundary which allows to simulate phase transformations using digital material representation. The Level Set approach was used to track the phase transformation front. The model allows to predict the morphology of microstructure and distribution of carbon concentration. Improvement of numerical efficiency by simplifying the virtual representation of the material was also proposed. The idea of statistically similar representative volume element was applied in order to reduce computational complexity of numerical calculations. SSRVE elements of S243 steel were prepared and then used in the simulation of phase transformations during heating and cooling. Practical application of developed phase transformations model and the SSRVE methodology in the designing of cooling cycles using optimization methods concludes the thesis.
