Ti-6Al-4V三元合金焊接熔池凝固组织模拟

将二元合金元胞自动机模型与热力学相平衡求解软件相结合,提出了一种三元合金元胞自动机模型.对模型的稳定性进行了验证,模拟了Ti-6Al-4V三元合金焊接熔池凝固过程中枝晶的生长形貌、溶质浓度的分布以及扰动振幅对枝晶生长的影响,并进行了金相实验验证.结果表明,模型稳定性良好,能够实现三元合金焊接熔池凝固过程的数值模拟;熔池中枝晶择优生长显著,且存在晶界偏析现象;Al元素与V元素在液相中的浓度分布规律大致相同;随着扰动振幅的增大,熔池中的枝晶数量逐渐增加,枝晶臂间距减小,竞争生长进一步加强;模拟结果与实验结果基本吻合.     

Al-7%Si凝固过程组织演变的元胞自动机方法模拟

为了能够准确地描述组织演变,应用连续性方法处理糊状区域不连续物理性质.同时为了更准确地描述每个单元的溶质成分,考虑了由于凝固过程中固相分数的变化引起的距离变化对溶质扩散的影响.在模拟过程中在糊状区域内引入随机扰动.最后利用元胞自动机方法进行性核与长大的模拟.应用这种方法模拟了一个Al-7%(质量分数)Si铸锭的凝固过程组织演变.模拟结果显示模型能够描述凝固过程中的组织演变以及晶间偏析的出现.     

元胞自动机模型方法及其在材料组织结构模拟中的应用

元胞自动机是复杂体系的一种理想化模型 ,它对处理那些难以用数学定量描述的复杂动态体系问题如材料的组织结构演变问题有独到之处 ,并且特别便于计算机模拟实施。本文介绍了元胞自动机的基本思想、分类与特征 ,并综述了元胞自动机模型方法在材料的凝固结晶、再结晶和晶粒长大以及相沉淀和相分解的模拟研究中的应用。     

元胞自动机方法模拟微观组织演变的建模框架

基于元胞自动机模型的框架特性，构建了基于扩展的元胞自动机的模型框架MicrosCA。该模型不是针对某一具体应用的实际模型，而是一个通用的模型框架，阐述了构建微观组织模拟元胞自动机模型的主要思想、微观模型与其它模型间的集成。在此基础上，可以针对不同应用问题，对其进行适当细化和具体化，以适合各种组织演变问题的分析研究。     

基于元胞自动机的多相合金凝固过程微观组织仿真探究

多相合金凝固过程微观组织的模拟长期以来一直引起不同领域学者的广泛关注和研究,归根结底是因为其在工程应用及理论研究等方面都具有很大的价值。21世纪,计算机及电子科学技术异军突起,并得到全面发展和进步,所以研究多相合金凝固过程微观组织模拟除了可以应用传统研究方法,也可以适时地去应用计算机数值模拟方法,而且随着技术的进步,这方面的研究已经取得了长足的进步,尤其是在凝固应力场,温度场等各种场效应的数值模拟初见成效后,微观组织模拟研究有了新的发展方向和突破口。采用元胞自动机方法对比其他研究方法,对于研究凝固的各种结构模型有以下优点:将固液界面两侧的锐变转化为界面胞元固相份数的渐变,既坚持了尖锐界面的基本假设,又避免了跟踪复杂的固液界面。而且研究时所应用的模型不仅考虑了成分过冷、曲率过冷、界面能各向异性,还考虑到了界面扰动等影响枝品生长的各种不同外界影响因素。     

元胞自动机模型方法及其在材料组织结构模拟中的应用

元胞自动机是复杂体系的一种理想化模型。它对处理那些难以用数学定量描述的复杂动态体系问题如材料的组织结构演变问题有独到之处，并且特别例于计算机模拟实验。本文介绍了元胞自动横的基本思想、分类与特征，并综述了元胞自动机模型方法在材料的凝固结晶、再结晶和晶粒长大以及机沉淀和相分解的模拟研究中的应用。     

元胞自动机法在裂纹愈合模拟中的应用

运用元胞自动机(CA)法,通过计算机编程建立了包含内部微裂纹的元胞自动机模型,结合金属材料学基本原理和动态再结晶理论,模拟了动态再结晶条件下的裂纹愈合过程。通过研究不同因素对裂纹愈合的影响,获得了不同参数(如应变速率、应变量等)下的裂纹愈合规律,阐明了裂纹的分段愈合特征,模拟结果与现有实验研究结果相吻合。     

低碳钢奥氏体转变为铁素体的元胞自动机模型

建立了一个在压缩变形的连续冷却作用下，低碳钢中奥氏体γ转变为铁素体α的二维元胸自动机模型，模型考虑到α相在奥氏体晶界上形核与生长，碳溶质和温度场在奥氏体和铁素体中的扩散，讨论了冷却率和应变等因素对γ→α用相变的影响。     

陶瓷材料烧结致密化过程的元胞自动机模拟

为研究陶瓷材料烧结致密化过程,以晶界能和晶界曲率生长驱动力理论为基础,建立了含有气孔的二相晶粒生长的元胞自动机模型,对陶瓷材料烧结致密化过程进行了模拟,并与制备的Al2O3/TiN陶瓷材料进行对比.结果表明,模型可有效地模拟陶瓷材料烧结时晶粒的生长及气孔的湮灭情况,能较好地再现烧结致密化过程,模拟结果与制备的陶瓷材料微观形貌组织十分接近.     

含有烧结助剂的复相陶瓷材料烧结过程的元胞自动机模拟

基于晶界能和晶界曲率的晶粒生长驱动力理论,建立了含有烧结助剂的复相陶瓷晶粒生长的元胞自动机模型并进行了模拟。结果表明,烧结助剂对晶界有着强烈的钉扎作用,其晶粒生长指数小于未含烧结助剂时的生长指数。模拟结果与制备的含有烧结助剂的Al2O3／TiN复相陶瓷材料微观形貌组织吻合,表明所建立的模型适用于含有烧结助剂的陶瓷材料烧...     

用元胞自动机预测超声-电沉积Ni-SiC纳米镀层的显微组织

采用超声-电沉积Ni-SiC纳米镀层方法,在A3钢表面制得Ni-SiC纳米镀层。利用CA预测模型研究超声-电沉积Ni-SiC纳米镀层的显微组织结构。结果表明,在Ni-SiC纳米镀层中存在Ni和SiC相。随着超声波功率的增加,Ni-SiC纳米镀层的显微组织更加致密、光滑。CA预测说明,在NC-1,NC-2和NC-3镀层中,镍晶粒的平均粒径分别为188.2,135.7和70.5nm,SiC粒子的平均粒径分别为105.4,80.9和36.2nm。CA预测模型的预测结果与实测结果相差不大,最大误差为5.0%。     

元胞自动机在金属材料腐蚀研究中的应用

长期以来,金属材料的腐蚀与防护是人们一直关注的问题。据发达国家调查,每年由于腐蚀造成的损失占国民经济总产值的2%～4%。因此,明确不同服役环境下金属材料的腐蚀状况且准确预测材料的使用寿命是保证生产安全、减少经济损失的重要手段。目前,金属腐蚀的研究方法虽然还主要以实验为主,但计算机技术为研究金属腐蚀提供了准确且直观的辅助手段,若将数值模拟技术和实验规律结合可大大加快研究进程。元胞自动机(CA)方法具有直观、灵活、便捷的特点,其可以描述不同金属材料在不同环境下的腐蚀演变过程,并且能较为准确地还原自然界的腐蚀规律。近年来,学者们利用CA方法总结了材料腐蚀速度与温度、腐蚀性离子浓度等因素呈现正相关的规律,为了减少模拟结果的误差,学者们针对不同的腐蚀环境对影响参数也进行了优化。同时,学者们将腐蚀机理与演化规则进行合理的转化,提出了运动扩散规则,描述了多蚀坑融合研究过程,建立了典型的溶液介质回路模型,并对应力腐蚀和晶间腐蚀研究过程中所涉及的模型进行了重构。本文通过总结CA在金属腐蚀方面所做的贡献,展示了CA在研究金属腐蚀机理方面的优势。同时,本文对CA方法所存在的局限性进行评注,对不可量化的影响因...     

合金钢氮化与氮化物沉淀动力学的元胞自动机模拟研究

应用元胞自动机模型对合金钢表面氮化及扩散层中氮化物沉淀过程进行了计算机模拟。考察了过程的动力学和沉淀相尺寸与分布特征，以及氮势和稳定氮化物形成元素含量对它们的影响。结果表明氮化过程动力学为抛物线型，抛物线速率常数k随氮势提高呈线性增大；氮化物形成元素含量xM对氮化速率也有影响，k～XM基本呈线性正比关系；表面渗氮层内的稳定氮化物沉淀相颗粒尺寸与体积分数则随氮势的降低而增大。     

CA-FE法凝固组织数值模拟的应用研究进展

论述了CA-FE(元胞自动机-有限元)法模拟金属材料凝固微观组织的原理及国内外的研究现状,提出了目前存在的问题和进一步的研究趋势,特别是应用到有色金属材料和贵金属材料的凝固微观组织的计算机模拟研究中.     

基于改进边界条件的元胞自动机模型研究

元胞自动机方法在模拟过程中,必须用特殊的算法对边界进行处理才能避免边界出现杂质及失真.提出了基于Moore型邻接的改进边界条件算法并进行了模拟.通过与随机型边界条件模拟结果的对比,表明改进算法有利于模拟区域四角和四边的处理,可以应用于元胞自动机模拟中.     

122号初等元胞自动机的周期性分析

自然界存在着许许多多的复杂系统,这些系统的每一部分结构可以非常简单,但由于各部分之间存在着一定的关联（耦合）,最后表现出的整体性态可以极其复杂。元胞自动机就是研究复杂系统的理想化的一种数学模型。90号初等元胞自动机时间序列的非周期性已经清楚[11],通过用122号和126号初等元胞自动机类比。证明122号初等元胞自动机规则下一类有限初始条件：s^0=．．．0010^2k1-1 10^2k2-110^2k3-11…0^2kn-1100…产生的时间序列是周期的（其中ki和n,i=l…2．_n是任意正整数）。除此类型以外的有限初始条件产生的时间序列是非周期的。     

122号初等元胞自动机的周期性分析

自然界存在着许许多多的复杂系统,这些系统的每一部分结构可以非常简单,但由于各部分之间存在着一定的关联（耦合）,最后表现出的整体性态可以极其复杂。元胞自动机就是研究复杂系统的理想化的一种数学模型。90号初等元胞自动机时间序列的非周期性已经清楚[11],通过用122号和126号初等元胞自动机类比。证明122号初等元胞自动机规则下一类有限初始条件:s⁰=…0010^2k₁-110^2k₂-110^2k₃-11…0^2k_n-1100…产生的时间序列是周期的（其中k_i和n,i=1,2,…n是任意正整数）。除此类型以外的有限初始条件产生的时间序列是非周期的。     

基于元胞自动机的薄膜磁滞回线的计算机模拟

利用Stoner-Wohlfarth模型,概率型元胞自动机的模型和算法,在考虑了退磁场和交换作用的情况下对薄膜的磁滞回线进行了模拟,比较了温度以及和易轴取向变化时磁化曲线以及剩磁矩形比和矫顽力的不同及变化趋势.退磁场和交换作用的引入对磁化翻转过程有显著的影响,剩磁矩形比和矫顽力都有不同程度的提高.     

Al-4%Cu凝固过程枝晶生长的数值模拟

改进了模拟枝晶生长常用的二维元胞自动机和有限差分(CA-FD)模型,新模型引入扰动函数来控制二、三次枝晶的生长;在枝晶生长过程中,将溶质浓度明确地分为液相溶质浓度和固相溶质浓度两部分;并在溶质再分配与扩散过程中采用八邻位差分以减少网格形状导致溶质扩散的各向异性。模拟了Al-4%Cu二元合金过冷熔体中,单个和多个等轴晶沿不同择优方向生长及单方向和多方向柱状树枝晶竞争生长过程中的枝晶形貌、液相溶质浓度和固相溶质浓度分布情况。模拟结果表明:扰动的引入能够促使枝晶产生分支,并控制二、三次枝晶的生长速率;液/固相溶质计算模型能够准确地模拟出枝晶生长过程中液/固相溶质分布;此外改进后的模型实现了枝晶沿任意方向的竞争生长。     

基于三维元胞自动机的烹饪状态曲线分析

本文是关于烤盘设计优化问题的研究,应用三维仿真来分析烤盘能量分布,通过优化烤盘形状降低烤焦率,得到令烤焦率最低的烤盘设计的相关原则。本文主要采用元胞自动机思想进行热传导过程的程序设计和指标设计。研究发现烹饪状态曲线有分光滑型和阶梯型,另外烤焦率与烤盘宽长比、烤盘圆角大小有关。最后提出烤盘形状设计的相关建议。