Autor: Patryk Spytkowski spytkowski@gmail Opiekun: dr inż. Łukasz Madej

1. IMPLEMENTACJA FRAMEWORKU AUTOMATÓW KOMÓRKOWYCH NA PRZYKŁADZIE WYKORZYSTANIA W MODELOWANIU ZJAWISK MIKROSTRUKTURALNYCH W METALURGII Autor: Patryk Spytkowski spytkowski@gmail.com Opiekun: dr inż. Łukasz Madej Koło naukowe: METALSOFT Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

2. Plan prezentacji • Motywacja • Omówienie platformy • Założenia przyjęte przy jej tworzeniu • Przykłady wykorzystania • Plany na przyszłość • Podsumowanie

3. 1. Motywacja • Klasyczne podejście, MES: • Obliczenia oparte o parametry takie jak temperatura i stopień odkształcenia nie uwzględniające specyficznej budowy krystalicznej • Modelowanie wieloskalowe: • Połączenie kilku metod, np. MES i automaty komórkowe • Możliwa większa dokładność obliczeń dzięki uwzględnieniu mikrostruktury • Wymaga o wiele większych mocy obliczeniowych

4. Porównanie MES i CAFE MES CAFE Eksperyment W. Libura, J. Zasadzinski, J. Mat. Proc. Tech., 34, 517-524, 1992 Ł. Madej. Development of the multi-scale analysis model to simulate strailn localization. Kraków, 2006

5. 2. Omówienie platformy API + dedykowany język skryptowy Modele np.: automaty do rekrystalizacji, czy też przemian fazowych UCA Uniwersalny Automat Komórkowy • reguły • przestrzeń • sąsiedztwo • stany • zmienne wew.

6. 2. Omówienie platformy Cele powstania platformy: • Implementacja modeli bez zagłębiania się w szczegóły budowy automatu komórkowego • Unifikacja – każdy model jest stworzony według tych samych reguł • Sprawne i bezbłędne działanie każdego modelu

7. 3. Założenia przyjęte przy jej tworzeniu • Łatwość użycia • do napisania kilka funkcji opisujących reguły przejścia i stany początkowe • dostępny prosty interfejs do obsługi • Szybkie działanie • zrównoleglenie obliczeń • optymalizacja użycia pamięci i procesora • Obsługa możliwie największych przestrzeni komórek

8. Obecny kształt platformy • cSpace • Przestrzeń automatów komórkowych • cAutomaton • Dostarcza podstawowe metody obsługi przestrzeni • cTruAutomaton • Rozszerzenie zbioru metod • Główna klasa platformy • cNeighbours • Klasa zawierająca reguły sąsiedztw

9. 4. Przykłady wykorzystania • Generacja początkowej mikrostruktury • Prosty rozrost w oparciu o sąsiedztwo pseudoheksagonalne

10. 4. Przykłady wykorzystania • Model rekrystalizacji dynamicznej • Etapy: • Generacja pierwotnej mikrostruktury • Rozlosowanie puli dyslokacji dla danego kroku czasowego, oraz migracja linii dyslokacji w przestrzeni automatu • Symulacja procesu rekrystalizacji dynamicznej, kontrolowana zbiorem reguł przejścia

11. Model rekrystalizacji dynamicznej Reguły przejścia: • Jeżeli wi-tejkomórce wartość gęstości ρc dyslokacji przekroczy wartość krytyczną ρcrto komórka staje się zarodkiem, a wartość gęstości dyslokacji ustawiana jest na poziom odniesienia ρb • Jeżeli w kroku czasowym t-1 któryś z sąsiadów i-tej komórki uległ rekrystalizacji, oraz charakteryzuje się mniejszą ilością dyslokacji, to i-ta komórka również ulega rekrystalizacji, a jej wartość ρc ustalana jest na poziomie ρb

12. Model rekrystalizacji dynamicznej • Średnia wartość gęstości dyslokacji w i-tym kroku czasowym: • Gdzie: • A –Parametr reprezentujący proces umocnienia • B–Parametr reprezentujący proces zdrowienia • Pula dyslokacji do rozlosowania w przestrzeni automatów:

13. Model rekrystalizacji dynamicznej Efekt działania algorytmu:

14. 5. Plany na przyszłość • Stworzenie struktury opisującej zmienne charakterystyczne dla całego ziarna • Rozproszenie obliczeń • Dodanie możliwości pisania reguł w różnych językach programowania • Implementacja modelu przemiany fazowej austenit – ferryt

15. 6. Podsumowanie Cechy platformy: • Możliwość implementacji różnorodnych modeli • Sprawne i szybkie działanie • Możliwość tworzenia dużych przestrzeni komórek • Ciekawe perspektywy rozwoju platformy

16. Bibliografia • Ł. Madej, A. Mrozek, W. Kuś, T. Burczyński, M. Pietrzyk. Concurrent and upscalingmethods in multi scale modelling – case studies.Computer methods in materials science. Vol. 8, 2008, No. 1 • P. Spytkowski, T. Klimek, Ł. Rauch, Ł. Madej. Implementation of cellular automata framework dedicated to digital material representation. Computer methods in materials science. Vol. 9, 2009, No. 2 • Ł. Madej. Development of the multi-scale analysis model to simulate strailn localization. Kraków, 2006

17. Dziękuję za uwagę