应力场对相分解过程影响的计算机模拟研究（Ⅰ）——模型描述及对称成分下的相分离模拟

将扩散界面场模掣与Khachaturyan弹性应变能计算模型相耦合，对对称成分点调幅分解过程中应力场（包括外场）对析出相的形态及动力学过程的影响进行模拟研究。模拟结果表明：对于非均匀弹性模量系统在外加应力场作用下，沉淀相的析出过程发生重大的变化，粒子沿弹性软方向呈各向异性析出。     

应力场对相分解过程影响的计算机模拟研究(I)——模型描述及对称成分下的相分离模拟

将扩散界面场模型与Khachaturyan弹性应变能计算模型相耦合,对对称成分点调幅分解过程中应力场(包括外场)对析出相的形态及动力学过程的影响进行模拟研究。模拟结果表明:对于非均匀弹性模量系统在外加应力场作用下,沉淀相的析出过程发生重大的变化,粒子沿弹性软方向呈各向异性析出。     

外加应力对Al-Cu及Al-Cu-Mg-Ag合金析出相生长的影响

采用电阻法和透射电镜观察研究了应力对Al-3．88Cu(质量分数，％，下同)和Al-3．87Cu-0．56Mg-0．56Ag合金时效析出相的影响，结果表明：外加应力促进原子团簇或GP区的形成但延缓θ‘和Ω相的析出与长大；Al-Cu-Mg-Ag合金时效动力学过程存在一个调整微观结构演化的临界应力值，在大于该值的应力作用下将有助于原子团簇或GP区的析出；Al-Cu合金和Al-Cu-Mg-Ag合金时效过程中引入外加应力导致沉淀相择优取向；采用Eshelby弹性夹杂物理论计算外加应力与错配应力场间的相互作用可分析产生应力位向效应的原因．     

共格沉淀析出过程的模拟Ⅱ--外加应力场的影响

采用相场模型对外加应力场对共格沉淀析出过程的微观结构演化进行模拟研究,在外加应力场作用下,非均匀弹性模量系统沉淀相的析出过程发生重大的变化,粒子沿弹性软方向呈各向异性析出,这种各向异性生长与外加应力、点阵错配度的符号以及非均匀模量差的符号有关。采用双级时效模拟方式时,外加应力场对析出相的成核及生长阶段均有影响,只是影响程度与析出相自身的点阵错配度有关。对适当的体系采用应力时效的方式可能是实现除分子束外延技术之外的一种全新的制备超晶格微结构的方法。     

弹性应力对Al-Cu合金中析出相的作用及模型建立

Al-Cu合金中析出相有三种变体,在外力作用下平行或垂直于外加应力方向,而实际情况析出相与外力可能存在一定的角度,因此本文建立一个新的模型,将析出相与力的夹角考虑在内,通过此模型能便捷地判断出析出相是否存在应力位向效应。采用透射电子显微镜TEM、扫描透射电镜STEM对Al-4Cu合金在外力条件下时效后的析出相进行分析,结果验证了析出相GP区和θ″相存在应力位向效应,并采用所建的模型分析合金中析出相在外力作用下的应力位向效应,此模型可简捷方便地判断合金中析出相在外力作用下的析出行为。     

相场法模拟凝固过程中界面效应对晶粒形核的影响

采用连续相场模型对晶粒形核过程进行模拟,从动力学角度考虑,引入类似于纳米颗粒的界面效应,分析它对形核过程的影响;同时研究形核过程中晶核的析出、形核数目变化、晶界厚度变化以及晶核生长的特点。结果表明,界面效应为形核过程提供驱动力,促使晶核的快速长大;形核过程中晶核数目随时间逐渐增多,晶核尺寸逐渐增大,晶核生长速度较快,同时晶粒位向取向参数的变化反映了晶粒尺寸和晶界厚度的变化。     

相场模型中弛豫系数对晶粒尺寸影响的研究

采用相场模型模拟二维晶粒长大的过程,模型中弛豫系数Li被赋予明确的物理意义,与晶界迁移率有关.从模拟结果可以得出,晶粒直径尺寸与参数Li呈近似直线的变化关系,晶粒生长规律及晶粒的相对尺寸分布具有相同的形式.     

应力时效对L1_2间反相畴界成分影响的微观相场模拟

基于微观相场模型研究了应力时效对Ni75Al15V10合金中L12-Ni3Al相间反相畴界成分的影响规律。研究表明,L12相间存在3种反相畴界,其中(200)//(200)·[001]和(100)//(200)·[001]与已有文献中实验发现的L12-Ni3Fe相间反相畴界结构一致;在3种反相畴界处,Ni、Al贫化,V偏聚,应力时效使得L12相间3种反相畴界处Ni和Al的浓度升高,V浓度降低;应力时效对(200)//(200)·[001]和(100)//(200)·[001]成分的影响较大,对(200)//(200)成分的影响则相对较小;相同反相畴界处,应力时效对不同合金元素浓度的改变也不同。     

Al3Li（δ′相）形核机制的计算机模拟研究

利用微观Langevin方程对不同浓度的铝锂合金的δ′（Al3Li)相的形核过程进行计算机模拟，研究结果表明，对于锂含量为15％9原子百分比）的合金，无序固溶体首先进行协调有序化，形成被反相畴界分割的单相有序畴，尔后该有序相进行匀相失稳分解，贫锂区自发无序化，最终形成平衡相状态，对于锂含量为12％的合金，Al3Li(δ′相）通过经典形核机制生成，且存在部分小颗粒溶解和粒子间“融合”的形象，由模拟结果还可看出：时效早期，两合金的相界由敏锐变得平滑，体系总界面能降低，说明形核，长大，粗化等作为伴随过程发生，该模型较为真实的模拟了合金的演变过程。     

用相场法研究界面动力学各向异性对纯Ni枝晶生长的影响

基于耦合流场的Wheeler模型,对界面各向异性作用下纯镍枝晶生长过程进行模拟,研究了界面动力学各向异性对枝晶形貌及尖端生长行为的影响。结果表明:在仅有界面能各向异性(ε4)时,晶粒以枝晶方式沿<100>方向生长;在仅有界面动力学各向异性(εk)时,晶粒以枝晶方式沿<110>方向生长。界面同时存在ε4、εk时,随着εk的增加,晶粒优先生长方向由<100>过渡到<110>方向,[100]和[-100]方向尖端稳态速度减小,稳态温度升高。当ε4=εk=0.04时,随着凝固时间的推移,晶粒形貌由伞状经类正方形向发达枝晶形貌转变。     

铸件铸造过程应力场数值模拟

介绍了铸件铸造过程应力场数值模拟采用的基本方法及其基础研究现状，并指出了今后应力场数值模拟研究的重点与发展方向。     

淬火工件内温度场的计算机模拟

根据实测的淬火介质冷却速度曲线推导了淬火冷却过程换热系数h值的数学表达式,研究了圆柱体工件内淬火过程中瞬变温度场的数学模型及其数值解.利用计算机计算淬火过程中工件内瞬变温度场,在实际生产中取得了满意的结果.     

回火过程应力场计算机模拟

回火过程应力场计算机模拟林家骝，杨振枢，于震宗，段贵明（清华大学）郭剑仁，史全兴，谢克仁（内蒙古第一机器厂）ＡＳｔｕｄｙｏｆＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＳｔｒｅｓｓＦｉｅｌｄｄｕｒｉｎｇＴｅｍｐｅｒｉｎｇ￥ＬｉｎＪｉａｌｉｕ；ＹａｎｇＺ...     

堆焊金属残余应力场的计算机模拟

采用60CrMnMo钢为基体材料,用AST型X射线应力分析仪对堆焊残余应力场进行了测定。发现在堆焊金属中心部位和熔合区附近的热影响区出现了两个残余拉应力峰值。用ANSYS计算软件,模拟了堆焊过程中温度场和残余应力场的分布,在模拟中考虑了马氏体相变、杨氏模量与其它参数对计算结果的影响,并将计算值与残余应力场的测量值进行了比较。结果表明,残余应力场的计算结果与实测结果吻合较好,说明本文建立的有限元计算模型是有效的。采用这一模型,模拟了不同试样尺寸对堆焊金属残余应力场分布的影响。计算结果表明,随着试样尺寸的增大,残余应力峰值增大,且峰值益发生变化。     

TC21钛合金锻件淬火过程温度场及热应力场数值模拟

通过利用ANSYS有限元分析软件对TC21钛合金锻件淬火过程进行数值模拟,获得TC21钛合金锻件淬火不同时刻温度场分布及热应力场分布,以及锻件上所选节点温度、热应力随淬火时间的变化关系,并观察从锻件心部至边部的组织变化,研究冷却速率对组织变化的影响规律。结果表明,当淬火3600 s时,锻件表面已冷却至室温,而心部仍然保持较高温度;从锻件心部至表面冷却速度逐渐增加,并且越靠近表面,组织越细小。 淬火开始阶段,锻件各点热应力迅速升至最大值,随着淬火时间延长,锻件表面及心部热应力均逐渐减小,至淬火结束时,锻件最大残余应力仅为77 MPa。     

D022型Ni3(V,Al)相沉淀过程中应力取向效应的微观相场模拟

应用耦合共格弹性畸变的微观弹性相场法研究D022型Ni3(V,Al)相沉淀过程中的应力取向效应。结果表明,在弹性内应力作用下,D022沉淀相表现出明显的位向性:相颗粒倾向于沿应力软方向[100]生长而在[001]方向受抑制,即生长方向与长轴[001]方向垂直,D022相最终沉淀形貌呈"层"状;沉淀过程中三类D022相变体相互协调以减小共格畸变能,最终D022-variant Ⅲ消失,存留的两类中D022-variant Ⅰ体积比占优。     

铸造热应力场数值模拟研究的最新进展

时至今日,铸造充型、凝固过程数值模拟已经进入了工程实用化阶段,铸造过程计算机模拟仿真的研究,重点正在由宏转向微观,同时热应力场分析及是宏观模拟的研究热点和难点之一,本文重点介绍了热应力场数值模拟采用的数学模型,数值方法及最新进展,并展望了今后的发展趋势。     

界面条件剧变的淬火过程三维温度场的计算机模拟

用有限单元法建立界面条件剧变的淬火过程三维瞬态温度场的计算机计算数学模型，并用Ｔ１０钢作为试验材料进行冷却曲线测试以验证数学模型。该模型较全面地考虑了淬火过程中界面换热系数剧烈变化及各种物性参数随温度而变化的非线性问题，包括了相变的计算及相变潜热与温度场变化的耦合计算。冷却曲线的计算结果与实测结果吻合较好，表明本数学模型和计算程序能正确预测复杂形状物体的非线性三维瞬态温度场变化。