تحلیل المان محدود معادلات میدان فاز در استحاله های مارتنزیتی در ابعاد نانو

در این مقاله، روش المان محدود غیرخطی برای حل معادلات میدان فاز یا گینزبرگ- لاندا برای استحاله های مارتنزیتی در ابعاد نانو به کار گرفته شده است. در تئوری میدان فاز برای تعریف نوع فاز ماده از یک پارامتر مشخصه استفاده می­شود و معادلات گینزبرگ- لاندا در واقع رابطه خطی بین نرخ تغییرات پارامتر مشخصه و مشتق وردشی انرژی آزاد سیستم نسبت به پارامتر مشخصه یا همان نیروهای ترمودینامیکی مربوطه هستند. با توجه به اینکه انرژی آزاد شامل ترم­هایی غیرخطی از پارامتر مشخصه است، نیروهای ترمودینامیکی توابعی غیرخطی از پارامتر مشخصه هستند. در نتیجه، معادلات گینزبرگ- لاندا با استفاده از  روش المان محدود غیرخطی و کد تولید شده حل می­شوند. استحاله مورد بررسی، تبدیل فاز آستنیت به مارتنزیت در آلیاژ NiAl است که در اینجا بدون لحاظ کردن اثرات مکانیک و تنها تحت اعمال تغییر دما صورت می­گیرد. لذا استحاله از نوع دما القایی بوده و با استفاده از تنها یک پارامتر مشخصه تعریف می شود. به منظور صحت سنجی کارعددی، منحنی پارامتر مشخصه برای صفحه فازی مشترک آستنیت- مارتنزیت، ضخامت، انرژی و سرعت انتشار آن محاسبه و با کارهای پیشین مقایسه شده اند که نتایج نشان از تطابق بسیار خوب کارحاضر با کارهای پیشین دارد. هم چنین مسائل فیزیکی متنوعی نظیر انتشار صفحه مشترک فازی، جوانه زنی مارتنزیت و رشد ساختارهای مارتنزیتی تحت برودت و استحاله معکوس تحت حرارت ارائه شده اند. نتایج این تحقیق، گام مهمی در حل مسائل میدان فازی با در نظر گرفتن اثرات مکانیک و شرایط پیچیده اولیه و مرزی موجود در ابعاد نانو است.

Keywords:

Phase Field , Phase Transformations , Nonlinear Finite Elemen , Nanoscale , میدان فاز , استحاله های فازی , المان محدود غیرخطی , ابعاد نانو