基于改进元胞自动机方法的强制对流作用下三维枝晶生长的数值模拟

建立了一种改进的元胞自动机模型来模拟熔体对流条件下的二元合金三维枝晶的生长。模型中考虑了界面能各向异性和溶质扩散对固/液界面推移的影响,在同一套网格中耦合求解质量传输和液相流动方程,从而可以模拟溶质扩散和熔体对流之间的相互作用。使用该模型模拟了一定过冷度条件下,强制对流对Al-7%Si(质量分数,下同)合金三维枝晶生长形貌的影响。模拟结果表明,熔体强制对流导致迎流侧尖端溶质富集层减薄,枝晶生长出现了迎流生长现象。将模拟得到的溶质过饱和度与Oseen-Ivantsov解析解进行对比,当流速较大时两者吻合较好。同时模拟了三维和二维强制对流作用下枝晶生长形貌的演化,由于三维条件下对流使得熔体能够绕过垂直于对流方向的一次枝晶臂主干将溶质带到背流侧,而二维条件下只能绕过垂直方向一次臂的尖端,因此三维MCA模型能更准确地反映强制对流对枝晶生长的影响。     

基于CA模拟焊缝凝固过程枝晶生长的分析

将元胞自动机方法用于焊缝金属凝固组织演变的模拟中,不仅为焊缝微观组织演变的数值模拟开辟了一种新的途径,同时也有助于研究焊接接头组织并依此优化工艺来提高焊件质量.文中研究了焊缝凝固过程中的溶质扩散问题,构建了基于元胞自动机的焊缝枝晶生长速度模型,在此基础上进行了焊缝中心等轴晶和熔池边缘柱状晶生长的模拟.初步计算了焊缝中心等轴晶和熔池边缘柱状晶的生长形态,计算结果明显再现了二次、三次枝晶的生长及竞争生长等微观现象.结果表明,元胞自动机方法是研究和模拟焊缝微观组织的有效手段之一.     

金属的焊接性

将元胞自动机方法用于焊缝金属凝固组织演变的模拟中，不仅为焊缝微观组织演变的数值模拟开辟了一种新的途径，同时也有助于研究焊接接头组织并依此优化工艺来提高焊件质量。研究了焊缝凝固过程中的溶质扩散问题，构建了基于元胞自动机的焊缝枝晶生长速度模型，在此基础上进行了焊缝中心等轴晶和熔池边缘柱状晶生长的模拟。     

金属的焊接性

将元胞自动机方法用于焊缝金属凝固组织演变的模拟中，不仅为焊缝微观组织演变的数值模拟开辟了一种新的途径，同时也有助于研究焊接接头组织并依此优化工艺来提高焊件质量。研究了焊缝凝固过程中的溶质扩散问题，构建了基于元胞自动机的焊缝枝晶生长速度模型，在此基础上进行了焊缝中心等轴晶和熔池边缘柱状晶生长的模拟。     

基于概率捕获模型的元胞自动机方法模拟镁合金枝晶生长过程

基于枝晶生长的基本传输过程和元胞自动机（Cellular Automaton,简称CA）模型基本原理,建立符合镁合金密排六方结构特点的凝固过程形核、晶体生长的数学模型。模型耦合宏观温度场和微观组织模拟计算,考虑溶质扩散、曲率过冷和各向异性等重要因素的影响,定义界面单元捕获规则,能够模拟枝晶生长的形态。应用本模型对单个等轴晶生长、等轴晶多晶粒生长及定向凝固中的柱状晶生长进行模拟并与实验结果进行对比,模拟结果与实验结果吻合较好,验证了模型的正确性。     

Simulation of Grain Growth during Solidification of Twin-Roll Continuously Cast Pure Aluminum with a Modified CA Model

基于枝晶生长的基本传输过程和元胞自动机(Cellular Automaton,简称CA)-有限元(Finite Element,简称FE)模型基本原理,建立了适应双辊连续铸轧纯铝薄带工艺特点的凝固过程形核和晶体生长的数学模型。模型耦合了宏观温度场和微观组织模拟计算,考虑了溶质扩散、曲率过冷和潜热释放等重要因素的影响,能够模拟凝固过程中枝晶生长的形态。应用本模型对双辊连续铸轧纯铝薄带凝固过程中等轴晶生长、等轴晶多晶粒生长及柱状晶生长、柱状晶向等轴晶演化进行模拟并与实验结果进行对比,模拟结果与实验结果吻合较好     

CA-LBM模型模拟Al-4.7%Cu固溶体合金成分分布和枝晶形貌

建立了耦合温度场、流场、溶质场的CA-LBM(元胞自动机-格子玻尔兹曼方法)数值模型,并用该模型研究了Al-4.7%Cu固溶体合金的凝固过程。模拟结果验证了模型的合理性,再现了合金凝固过程中的枝晶形貌和溶质偏析,并定量研究了自然对流、初始温度对溶质分布和微观组织的影响。研究表明,自然对流对枝晶形貌有明显的影响,使枝晶生长非对称化,即迎流方向的枝晶生长得到促进,顺流方向的枝晶生长受到抑制。初始温度对凝固进程和枝晶形貌影响较大,降低初始温度,枝晶生长加快且产生了二次枝晶,并造成枝晶尖端固液界面处溶质浓度偏高,加重了溶质偏析。     

用宏微观耦合模型模拟铝合金凝固过程

用一种宏微观耦合模型对Al-2．5Si在金属型中的凝固情况进行了模拟。该模型结合改进的元胞自动机模型与有限差分法，考虑了温度场、浓度场和微观生长过程。该改进的元胞自动机模型与经典元胞自动机相比较，不仅考虑了温度场扩散，而且考虑了溶质在液相中的扩散、界面曲率和溶质富集对枝晶尖端过冷度的影响。在宏微观耦合模型中采用大小两套网格分别进行宏观温度场和微观组织演变的计算。在3种不同的浇注温度下得到了3种典型的柱状晶向等轴晶转变的图形。考虑边界条件后的模拟结果发现等轴晶的形核情况与理论分析有所差别。     

基于元胞自动机法的等轴枝晶生长数值模拟

基于溶质扩散和界面能的作用,考虑成分过冷、曲率过冷、界面能各向异性和界面扰动等因素,建立了单个等轴枝晶的生长模型.采用元胞自动机(cellular automata)方法模拟了枝晶生长、界面扰动和分枝的竞争演化.对液相中的溶质传输进行了计算.通过模拟发现,凝同过程中溶质容易富集在枝晶臂之间,同时,随着凝固时间的延长,界面前沿的溶质浓度梯度逐渐下降.     

ULCB钢焊接熔池凝固过程数值模拟

采用元胞自动机法建立ULCB钢焊接熔池凝固过程的宏微观耦合模型,模拟非均匀温度场下焊接熔池凝固过程的组织形貌演变和溶质场分布,分析不同形核参数和合金成分对焊接熔池枝晶形貌的影响。结果表明,熔池边缘形成柱状晶,熔池中心形成等轴晶,柱状晶和等轴晶相互抑制长大;枝晶生长过程中始终存在着枝晶偏析现象;形核密度和合金成分影响枝晶的形核和生长,随着形核密度和合金成分的增加,焊缝中等轴晶区域增加,晶粒细化。