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用捕获液态改进的相场方法模拟三维枝晶生长 总被引:7,自引:1,他引:7
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。 相似文献
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用相场方法模拟二维枝晶生长 总被引:1,自引:0,他引:1
最近的十年中 ,铸件凝固过程的数值模拟取得了很大的进展 ,并逐步应用到实际生产中。特别是近年来 ,微观组织的数值模拟也取得了成功。一般来说 ,微观组织的数值模拟方法主要有三种 :确定性方法 ,概率方法以及最新的直接微观组织模拟方法—相场方法。本文对这些方法进行了回顾。确定性方法和概率方法二者都是用于模拟多个晶粒的生长过程 ,相场方法则是模拟一个枝晶的生长过程。大多数情况下 ,金属材料的力学性能主要取决于凝固期间所形成的微观组织。最近的研究发现 ,影响金属材料力学性能的决定因素不仅取决于晶粒的大小 ,更主要取决于晶粒内枝晶的细化程度、疏松、夹杂以及显微偏析的分布。枝晶是晶体生长的一种主要类型 ,通常发生在铸造和焊接过程中。在工程材料中 ,枝晶的形貌决定材料的最终性能 ,如裂纹、抗腐蚀性、屈服强度及韧性。所以 ,掌握和控制凝固过程的枝晶生长是获得理想产品的关键。相场方法是模拟一个枝晶生长的新方法。它是由引入的新变量—相场 Φ(r,t) 而得其名 ,相场是一个序参量 ,表示系统在时间和空间的物理状态 (固态和液态 )。相场理论以Ginzburg—Landau相变理论为基础 ,通过微分方程反应扩散、有序化势及热力学驱动力的综合作用。相场方程的解可以描述金属系统中固液界面的状 相似文献
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相场法模拟纯金属枝晶生长参数的优化 总被引:1,自引:0,他引:1
用相场模型模拟了过冷纯金属枝晶的生长过程,从中得到了光滑枝晶各模型参数的优化值和不同耦合系数下的尖端速率。模拟结果表明,当过冷度和耦合系数较大时,得到侧枝较发达的枝晶;当各向异性系数较大时,得到变异的枝晶。无扰动的情况下,参数选取不合理也会引发侧枝的产生。为了得到光滑的枝晶,各向异性系数应在0.03~0.05范围内,过冷度应在0.55~0.65范围内,耦合系数应根据材料的热物性参数确定。 相似文献
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基于相场方法对纯物质的凝固,进行了二维数值模拟.以丁二腈(SCN)为例,展示了界面形貌的演化过程,研究了相场参数对枝晶界面形貌的影响.结果表明,随着各向异性值的增加,晶核由一圆核逐渐发展为发达的枝晶,当γ=1/15时与γ=0一样,晶核生长为一圆核;随着过冷度的增大,二次枝晶出现并长大,枝晶的稳态尖端速度呈递增趋势,且增加趋势明显加快;随着耦合系数的增大,枝晶稳态尖端速度呈递增趋势,且耦合系数越大,界面的稳定性越差. 相似文献
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用相场方法模拟铝合金枝晶生长形貌 总被引:5,自引:0,他引:5
采用相场方法对枝品的生长形貌进行了模拟计算,数学模型中包含了相场控制方程、溶质守恒方程以及能量守恒方程,其中枝晶的形貌由相场变量控制。模拟结果与实验结果基本吻合,同时由于相场方法更符合枝晶生长的物理机制,因而相场的模拟结果比CA模拟结果更接近实验结果。 相似文献
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本文基于Ginzberg-Landau理论,发展了一个改进的二元合金相场模型.并利用该相场模型与溶质场进行耦合计算,以Al-4.5%Cu合金为例模拟了二元合金等温凝固的枝晶演变过程.实现了逼真地模拟二元合金凝固过程的等轴枝晶演变,得到了二次或更高次晶臂生长等复杂的枝晶形貌.溶质场分布由枝晶生长过程所决定,枝晶初生晶臂中心的溶质浓度最低,在被二次晶臂包围的界面区域的溶质浓度最高;固溶界面区域具有较大的溶度梯度,其中枝晶尖端的梯度最大.相场法模拟计算得到的Peclet数的值与Lvantsov理论计算值吻合较好,从而验证计算结果的正确性. 相似文献
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文中采用二元合金的等温相场模型,通过在相场参数中引入界面能各向异性强度参数,以A1-4.5%Cu合金为例模拟了各向异性强度对二元合金凝固过程的枝晶生长的影响。结果表明:各向异性强度小时,枝晶形貌呈海藻态,随着各向异性强度的增大,枝晶形貌从海藻态向枝晶态转变,主枝不再分叉,成为光滑枝晶,枝晶尖端生长速度增大,曲率半径减小并逐渐趋于定值,同时模拟的结果与经典枝晶生长理论相吻合。 相似文献
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