相场法模拟不同形状的硬质颗粒对两相晶粒长大的影响

采用相场方法研究了不同颗粒体积分数及尺寸条件下不同形状的硬质颗粒对两相系统晶粒长大的影响,结果表明:球形颗粒大多处于三角晶界处,片状颗粒处于晶界处且沿晶界分布.不同形状的硬质颗粒对体积占优的α相晶粒长大无明显影响,对体积分数较小的β相晶粒长大的影响主要取决于颗粒数目.颗粒数目较少时,不同形状的硬质颗粒对β相晶粒长大无明显影响;颗粒数目较多时,片状颗粒比球形颗粒对β相晶粒长大的阻碍作用强烈.颗粒体积分数越大,颗粒对晶界的钉扎作用越强,稳态时晶粒的半径越小;颗粒尺寸越大,单个颗粒对晶界的钉扎作用越强,但总的钉扎作用越弱,稳态时晶粒的半径越大.     

相场法模拟球形和盘形第二相粒子对晶粒长大的影响

利用相场法模型,模拟研究含不同尺寸和面积分数的球形和盘形粒子的二维系统中晶粒的长大特征,揭示第二相粒子对晶粒长大的影响规律.结果表明:初始阶段晶粒长大符合长大指数n 为0.3～0.4的指数长大规律,其n与系统单位面积所含的粒子数量密切相关;晶粒长大过程中绝大多数粒子位于晶界处,其最终的平均晶粒半径可以用Zener关系表示;当粒子尺寸和面积分数一定时,粒子的形状对晶粒的长大过程没有明显影响.     

含第二相颗粒的晶粒长大过程相场法

第二相颗粒对晶界有很强的钉扎作用,大量第二相颗粒的存在将影响系统正常的晶粒长大过程.本文采用相场法研究了第二相颗粒尺寸大小和体积分数对晶粒长大过程的影响.模拟结果表明第二相颗粒体积分数越大,对晶界的钉扎作用越强,稳态时晶粒尺寸越小.第二相颗粒体积分数达到一定范围时可能发生个别晶粒的异常长大.单个第二相颗粒尺寸越大,其对晶界钉扎作用越强,但当体积分数一定时第二相颗粒尺寸越小,总的钉扎效果越强,最终系统的晶粒尺寸越小.通过相场模拟获得了极限晶粒尺寸与第二相颗粒参数的定量关系,相场模拟结果与实验结果和Monte Carlo 模拟结果相符合.     

相场法模拟多个空间取向的棒状第二相粒子对晶粒长大的影响

采用相场法研究多个空间取向的棒状第二相粒子以及圆形第二相粒子对基体晶粒长大的影响.结果表明:在晶粒长大过程中,绝大部分棒状第二相粒子位于晶界处并与晶界方向一致,圆形第二相粒子大多位于三晶交点处;第二相粒子表现出强烈的钉扎晶界的作用,极限晶粒半径可以用Zener关系表示;在第二相粒子面积分数和粒子尺寸相同的情况下,当第二相粒子面积分数较小(＜5%)时,棒状与圆形第二相粒子对晶粒长大的钉扎作用没有明显差别;当粒子面积分数较大(＞5%)时,棒状第二相的钉扎效果好于圆形第二相的钉扎效果.     

凝固过程中椭圆形颗粒对晶粒生长影响的相场法模拟

用相场法模拟了凝固过程中椭圆形钉扎颗粒对晶粒长大的影响,考虑了不同长短轴比下的椭圆形颗粒对单位面积内晶粒数目、晶粒平均半径、晶粒尺寸分布以及晶粒所占面积分数的影响.结果表明,长短轴之比越小(短轴越长),颗粒对晶粒的钉扎作用就越弱,晶粒数目会越少,晶粒所占的面积分数会越来越大,平均晶粒尺寸也会越来越大,晶粒尺寸分布会越来越不均匀,发生晶粒异常长大的几率就会越来越大.     

相场横型原理及其在晶粒长大模拟中的研究进展

晶粒长大是多晶体材料中最基本的显微组织演化过程之一,对其进行研究具有非常明确的理论和实践意义。而相场法作为一种模拟晶粒长大的有效方法,是目前国内外研究的热点。对相场模型的基本原理、数值计算方法以及在晶粒长大模拟中的研究进展进行了综述,提出了相场模型在微观组织模拟中存在的主要问题以及今后的发展方向。     

扩散界面场变量模型模拟晶粒长大过程

采用扩散界面场变量模型模拟二维晶粒长大的动力学过程，利用该模型可以避免常规方法中由于格点离散化带来的晶粒长大各向异性，并通过建立晶界能与梯度能量系数间的关系模拟得到了异常晶粒长大过程的微观组织演化图模拟结果得出的晶粒形态、动力学和拓扑学结构特征等与已有的实验结果和理论分析一致．     

相场仿真二维晶粒长大过程中的尺寸分布和拓扑演变

用相场方法对二维晶粒长大过程进行仿真。结果表明,相场仿真所得准稳态晶粒尺寸分布,既可以用Weibull函数又可以用Louat函数很好地拟合,原因是在一定条件下两种分布函数的图像完全重合或非常相似,相场方法得到的晶粒拓扑分布经过演变同样达到了自相似或准稳态,但表现为对数正态分布形式,晶粒尺寸与晶粒边数间呈非线性关联,结果既与已有高纯度铝带实验结果相吻合,又与已有Monte Carlo法仿真结果一致。     

相场法模拟AZ31镁合金再结晶晶粒长大

建立一个相场模型,并对AZ31镁合金进行再结晶晶粒长大模拟,提出一系列法则以确定模型中参数的真实值,从而实现组织演化在工业应用范围内-的真实时空模拟.在300～400 ℃ 100 min内时,模拟结果与实验结果吻合得很好,在250 ℃时,模拟结果与实验结果有较大偏离,说明该合金体系的界面迁移激活能在低温时有所改变,定量模拟研究该合金组织的混晶程度.结果表明:合金在300～400 ℃时,随时效时间的延长,混晶特别严重.模型模拟相场法界面控制过程组织演变的真实时空,所确定的参数值也可以用于其他相似合金系统的模拟.     

不同尺寸二相粒子材料晶粒长大的元胞自动机仿真

在现有晶粒长大元胞自动机器（CA）模型的基础上制定新的转变规则，使之能够模拟第二相粒子对晶粒长大过程的影响，且对含有不同尺寸第二相粒子材料的晶粒长大过程进行仿真模拟和定量分析。模拟结果表明：第二相粒子对基体组织具有钉扎作用，当粒子体积分数一定时，总体钉扎作用随着粒子尺寸的减小而增强；对于单一粒子而言，大尺寸粒子比小尺寸粒子具有更强的钉扎效果，该结果能够准确地反映第二相粒子对晶粒长大过程的影响规律，与现有的相关理论相符合。     

第二相粒子尺寸对基体晶粒长大影响的仿真研究

根据第二相粒子与基体晶界交互作用的微观物理基础,建立了复相材料晶粒长大的三维图象的仿真方法,设计了含有相同体积分数,不同尺寸第二相粒子的复相体系,并全程仿真了三维复相材料的晶粒长大过程,对粒子尺寸影响基体粒长大的直接观察和定量分析表明,粒子尺寸越大,晶界的“脱钉”趋势越弱,晶粒长大到达停滞状态所经历的时间越长,停滞状态下基体晶粒尺寸越大且尺寸分布的均匀性越近,极限晶粒尺寸与粒子尺寸之间并不存在简单     

第二相粒子含量对基体晶粒长大影响的计算机仿真研究

利用作者自行开发和改良的ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ计算机仿真算法,对含不同数量第二相粒子的虚拟材料基体中三维晶粒长大过程的影响进行了仿真和定量分析。结果表明,随粒子体积分数增另,晶粒长大指数下降,停滞状态的晶粒尺寸分布宽度减小,通过计算机仿真获得了极限晶粒尺寸和粒子参量间的定量关系,并由几何模型给出了证明,与文献中已有理论模型,计算机仿真及实验结果进行的比较分析表明,本文所得结果与实测结果符合得更好。     

三维晶粒长大速率方程的大尺度Ports模型Monte Carlo仿真验证

采用Potts模型Monte Carlo方法对3种现存的三维个体晶粒长大速率拓扑依赖性方程进行了仿真验证．结果表明,Rivier速率方程认为晶粒体积变化率dVf／dt与晶粒面数f成线性关系,与仿真结果明显不符,不适用于描述三维晶粒长大过程的动力学．当晶粒面数f≥8时,Yu—Liu速率方程和MacPherson-Srolovitz速率方程均与仿真结果很好吻合,表明这两者均可以用来定量描述三维晶粒长大过程的动力学;当f〈8时,这两个方程均与仿真结果有显著差异．     

基于晶粒长大拓扑依赖性的准稳态三维晶粒尺寸分布

基于三维个体晶粒表面积的变化率与晶粒拓扑性质之间的定量关系和晶粒尺寸一面数关系的假设，推导了一个拓扑相关的个体晶粒长大速率方程．该方程表明，个体晶粒的尺寸变化率不仅与其自身尺寸有关，而且也与拓扑特征有关．在此基础上，借鉴最新的关于粒子粗化理论中的晶粒长大连续方程，对三维晶粒长大过程准稳态阶段的晶粒尺寸分布进行了求解．结果显示，所得准稳态三维晶粒尺寸分布是一个单参数函数族．该结论得到了顶点法、基元演化法、相场模型和Monte Carlo法这4种晶粒长大仿真方法所得三维准稳态晶粒尺寸分布数据的支持．     

用捕获液态改进的相场方法模拟三维枝晶生长

采用相场方法模拟纯物质三维枝晶生长，在不改变相场模型的条件下，提出界面捕获液态计算方法，赋值计算单元界面标志，只对界面处的单元求解相场变量，当枝晶生长时，捕获液态单元为界面从而推进界面，并对捕获到的单元校正相场变量，论证了该方法的有效性和正确性，通过液态捕获方法加速相场模型的计算，使单晶粒三维枝晶生长模拟在个人微机上实现，计算昌生长形态及枝晶尖端生长速度，计算结果表明该方法可行。     

相场法模拟动力学各向异性对过冷熔体中晶体生长的影响

采用相场模型定量模拟了动力学各向异性作用下过冷熔体中的晶体生长过程.模拟结果表明,仅存在动力学各向异性时,各向异性系数大小对生长方式选择起着决定性作用.当各向异性较低时,固相以分形方式生长,在生长过程中不存在占优势的生长方向,同时也不存在稳态生长状态;而当各向异性系数大于0.02时,固相以枝晶方式沿〈110〉方向生长.进一步研究表明,枝晶生长稳定性系数随各向异性值的增加而增加,而与动力学系数取值无关.     

铁素体不锈钢焊接热影响区晶粒长大过程模拟

提出一种用Monte Carlo模拟单相合金的热影响区（HAZ）晶粒长大方法,可以将焊接实际时间与模拟过程对应起来,应用有限元方法计算出焊接热循环,并结合晶粒长大的Arrhenius公式,模拟了铁素体不锈钢EB26-1在一定规范下HAZ晶粒的演变情况,模拟结果表明,此方法可以预测HAZ中晶粒的分布以及存在于HAZ中很陡的温度梯度对晶粒长大的阻碍作用。     

ON THE MONTE CARLO SIMULATION OF NORMAL GRAIN GROWTH

The microstructures and their kinetics of normal grain growth are simulated using different Monte Carlo （MC） algorithms. Compared with the relative figures and the theoretical normal grain growth exponents of n =0.5, the effects of some factors of MC algorithm, i.e. the lattice types, the methods of selecting lattice sites, and the neighbors selection for energy calculations, on the simulation results of grain growth are studied. Two methods of regression were compared, and the three-parameter nonlinear regression is much more suitable for fitting the grain growth kinetics. A better model with appropriate factors included triangular lattice, the attempted site randomly selected, and the first and second nearest neighbors for energy calculations is obtained.