摘要：动态再结晶是金属材料在热变形过程中发生的重要微观组织演变现象，对材料的力学性能和加工性能具有显著影响。本文采用元胞自动机（CA）方法，建立了动态再结晶过程的数值模拟模型，研究了金属材料在热变形过程中的微观组织演变规律。。
项目简介
本项目实现了金属材料热变形过程中动态再结晶(DRX)的元胞自动机(CA)模拟。通过MATLAB纯代码实现，无需编译，支持初始微观组织生成、动态再结晶形核与长大、位错密度演变模拟、第二相粒子影响研究等核心功能。适用于材料科学研究、教学演示和工程应用，兼容MATLAB R2020b及以上所有版本。
系统概述
动态再结晶（Dynamic Recrystallization, DRX）是金属材料在热变形过程中发生的重要软化机制，对材料的微观组织演变和力学性能具有决定性影响。传统的实验研究方法成本高、周期长，难以实时观察微观组织的演变过程。元胞自动机（Cellular Automaton, CA）方法作为一种离散数值模拟方法，具有简单的局部规则和强大的整体行为模拟能力，已被广泛应用于材料微观组织演变的模拟研究。
本文基于位错密度理论和元胞自动机方法，建立了动态再结晶过程的数值模拟模型。模型采用Kocks-Mecking位错演变方程描述加工硬化和动态回复过程，以临界位错密度作为再结晶形核准则，以位错密度梯度作为晶界迁移的驱动力。利用MATLAB平台开发了完整的模拟程序，实现了初始微观组织生成、位错密度演变、再结晶形核、晶粒长大、拓扑变化等关键过程的模拟。
系统研究了温度、应变速率、初始晶粒尺寸等工艺参数对动态再结晶行为的影响。模拟结果表明：在温度1373K、应变速率0.01s⁻¹、总应变1.0的条件下，采用500×500网格尺寸（元胞实际尺寸4μm）进行模拟，初始组织包含50个晶粒，平均晶粒尺寸约319μm。经过动态再结晶过程后，再结晶分数达到99.92%，平均晶粒尺寸从319μm显著细化至55.22μm，晶粒细化率达82.7%。最终组织中再结晶晶粒数量达到973个，总晶粒数量为1670个，再结晶晶粒平均尺寸约72.32μm。
应力-应变曲线呈现典型的动态再结晶流变特征，峰值应力约81.22MPa，稳态应力约77.13MPa，表明材料在变形过程中经历了加工硬化、动态再结晶软化，最终达到稳态流变状态。微观组织演变过程显示，再结晶形核主要发生在原始晶粒的晶界处，这是由于晶界区域位错密度较高，优先达到临界形核条件。形核后的再结晶晶粒快速长大，逐步消耗周围的变形组织，最终形成较为均匀的等轴晶粒组织。高再结晶分数（99.92%）表明在该工艺条件下，动态再结晶过程进行得非常充分，几乎完全替代了原始的粗大晶粒组织。
参数敏感性分析表明，温度升高和应变速率降低均有利于动态再结晶的进行，可提高再结晶分数并细化晶粒组织。第二相粒子的存在对晶界迁移具有钉扎作用，可抑制晶粒长大，进一步细化组织。模拟结果在定性趋势上与文献报道的实验结果具有良好的一致性，验证了模型的可靠性。
本研究建立的CA-DRX模型为动态再结晶过程的数值模拟提供了有效工具，对于优化热加工工艺参数、预测材料微观组织演变、改善材料性能具有重要的理论意义和应用价值。
程序流程图
6步完成动态再结晶模拟全流程
图1 动态再结晶模拟程序流程图图
上手指南
基于MATLAB元胞自动机实现金属材料热变形过程中的动态再结晶(DRX)微观组织演变模拟，无需编译，开箱即用。
版本兼容
纯MATLAB实现，支持R2020b及以上所有版本，无需编译器和工具箱，跨平台开箱即用。
支持的MATLAB版本
支持MATLAB R2020b及以上所有版本，推荐使用R2024b，理论兼容R2014b及以上版本。
技术保证
常见版本问题
使用指南
本指南介绍如何使用 MATLAB 进行动态再结晶（DRX）元胞自动机模拟，包括初始组织生成、模拟运行和结果分析三个步骤。
操作步骤
参数设置
修改 Parameters.m 文件调整以下模拟参数：
修改参数后需要重新运行步骤2（Drx 或 DRXphase）才能生效。
输入输出
data.mat 包含的变量
结果分析
运行 analyze_results 脚本自动生成包含再结晶分数、晶粒尺寸演变等六项统计数据的可视化图表（DRX_Results.png）。
可视化结果
1.运行InitialMicrostructure.m
参数设置：
- 请输入元胞空间大小Nx：500
- 请输入元胞空间大小Ny:500
- 请输入形核点数目：100
- 请输入随机数种子：100
- 是否引入第二相颗粒：n
2.运行Drx.m
动态再结晶微观组织演变图（CA步数=974）
图像分析：积平均法得到的等效晶粒尺寸为 53.78 μm，而基于单晶粒实际统计的平均尺寸为 33.28±33.49 μm。两者差异源于粒径分布偏斜：大量细小晶粒会显著拉低算术平均值；面积加权的平均法对大晶粒更敏感，因此结果更大。进一步对再结晶晶粒单独统计，平均尺寸为 72.35 μm，表明再结晶区域以较粗大晶粒为主。
结论：组织不均匀且混晶明显，粗大晶粒占据较大面积；DRX 区域晶粒偏粗大。
运行analyze_results.m
图1 动态再结晶（DRX）数值模拟结果：再结晶分数、晶粒尺寸、晶粒数量与应力-应变演化
分析：表明在 1373 K、0.01 s⁻¹ 条件下材料在小应变内快速完成动态再结晶（分数迅速达100%），晶粒尺寸随之显著细化并趋于稳定，同时应力峰后进入稳态流动，体现DRX软化与组织演化达到动态平衡。
图2 最终晶粒尺寸分布直方图（算术平均与标准差）
分析：最终晶粒直径分布直方图。晶粒尺寸呈明显右偏分布，算术平均粒径为 33.28 μm，标准差为 33.49 μm。
3.运行DRXphase.m
动态再结晶最终微观组织图（CA步数974）
分析：该DRX显微组织以等轴再结晶晶粒为主，细晶占主导但夹杂少量粗大晶粒，表明动态再结晶已充分发生且晶粒细化与局部长大并存。
运行analyze_results.m
图1 动态再结晶（DRX）过程模拟结果
分析：在 1373 K、0.01 s⁻¹ 条件下，动态再结晶在小应变内迅速完成，晶粒尺寸显著细化并趋于稳定，应力进入稳态平台，表明加工硬化与再结晶软化达到动态平衡。
图1 最终再结晶晶粒尺寸分布
分析：晶粒尺寸分布明显右偏、长尾特征显著，说明以大量细晶为主但存在少量粗大晶粒，使得标准差接近均值（34.18±34.67 μm）。
项目资源
我们提供项目的完整技术资源，包括源代码全部内容。代码采用模块化设计，结构清晰，注释完善，支持完全复现论文中的所有实验结果。项目提供详细的文件清单和技术架构说明(网页已经提供)，帮助用户快速理解项目结构，便于二次开发和功能扩展。所有资源均已开源，遵循AGPL-3.0协议，用户可自由使用、修改和分发。
作者信息
作者：Bob (张家梁)
项目编号：MP-1
原创声明：本项目为原创作品
开源协议
本项目采用AGPL-3.0开源协议，允许个人和组织自由使用、修改和分发代码，但基于本项目的衍生作品必须同样开源，且用于提供网络服务时需向用户提供完整源代码。本项目仅供学习研究使用，作者不对使用本项目产生的任何后果承担责任，使用者应遵守当地法律法规，合理合法使用本项目。如本项目对您的研究或工作有所帮助，欢迎引用并注明出处。
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