镁合金微观偏析相场法定量数值模拟

以AZ91D合金为例,模拟研究镁合金凝固时的溶质分布情况,着重定量分析过冷度ΔT对枝晶尖端前沿最高溶质浓度、枝晶干轴对称中心溶质浓度、枝晶尖端溶质扩散层厚度以及溶质偏析比的影响。模拟结果表明:贫Al区主要集中于一次枝晶干和二次枝晶臂的轴对称中心,过冷度ΔT越大,枝晶尖端前沿溶质浓度*L c越高,枝晶干中心溶质浓度*S c越高,枝晶尖端前沿溶质扩散层厚度δ越小,偏析比SR越大,微观偏析越严重,其具体关系分别为*L1c*L2c*L3c*L4c、*S1c*S2c*S3c*S4c、δ1δ2δ3δ4和SR1SR2SR3SR4。     

相场法模拟强迫层流对流动法向枝晶的影响(英文)

采用耦和流场的相场模型,考虑热扰动影响因素,模拟非等温条件下低雷诺数过冷熔体强迫层流对流动法向枝晶生长的影响。以高纯丁二腈(SCN)过冷熔体枝晶生长为例,分析熔体有流动和无流动时二次枝晶形貌差异的原因;研究过冷熔体层流速度、流动法向一次枝晶臂偏转角度和枝晶尖端生长速度之间的关系;推导枝晶尖端前沿熔体流动速度值与枝晶生长时间的理论表达式;定量对比其理论值与模拟值,结果吻合较好。     

层流作用下随机取向多晶粒生长的相场法模拟(英文)

为了更客观地再现强迫层流对多晶粒凝固过程的影响,自行设计了随机格子法以解决多个枝晶择优生长方向随机分布问题。以高纯丁二腈(SCN)为例,采用耦合流场的单相场模型研究强迫层流对多晶粒非等温生长过程的影响。结果表明:随机格子法可以更合理地处理枝晶择优取向随机分布问题,计算效率较高。当固相率较低时,熔体质点绕过枝晶流向下游侧,两枝晶臂之间的熔体流动速度值变大;在凝固计算时间小于1800Δt时,各个枝晶自由生长,上游侧枝晶臂均比下游侧枝晶臂发达;并且,熔体流入速度越快,固相率越高。当固相率较高时,多个枝晶臂相互交织,仅有未被枝晶包裹的残留熔体可以流动;同时,固相率趋于与熔体无流动时的固相率相同。     

合金微结构的微观相场法模拟

摘 基于相场法理论，详细介绍了二元及三元合金体系的微观相场法动力学模型。指出了在微结构模拟研究方面，微观相场动力学模型具有的独特优越性：该模型可基于原子层面研究合金的沉淀机制：获得清晰、直观的原子显微形貌；描绘出合金的有序化、成分簇聚等过程，并能清晰地模拟出三元合金中原子的替代规律。同时，阐述了相场法在二元、三元合金微结构模拟研究中的应用和发展。     

合金微结构的微观相场法模拟

基于相场法理论,详细介绍了二元及三元合金体系的微观相场法动力学模型。指出了在微结构模拟研究方面,微观相场动力学模型具有的独特优越性:该模型可基于原子层面研究合金的沉淀机制;获得清晰、直观的原子显微形貌;描绘出合金的有序化、成分簇聚等过程,并能清晰地模拟出三元合金中原子的替代规律。同时,阐述了相场法在二元、三元合金微结构模拟研究中的应用和发展。     

定向凝固微观组织相场法模拟进展

凝固过程中固液界面形态对凝固组织有着决定性作用,针对微观组织数值模拟研究,相场法可以很好地展示凝固过程固液界面形态的演变.在调研和查阅了大量资料的基础上,着重介绍了相场法数值模拟的基本原理及其在定向凝固的微观组织模拟国内外研究概况;最后,分析了相场模型的不足并指出了该领域研究中亟需解决的问题及其发展方向.     

定向凝固微观组织的相场法模拟研究进展

定向凝固过程中的界面形态对凝固组织有着决定性作用，相场法可以很好地展示凝固过程界面形态的演化。阐述了二元合金定向凝固相场方法数值模拟的基本原理及国内外研究现状，以Ni-Cu二元合金为例，采用相场法模拟了定向凝固过程中界面形态的演化，并指出该领域目前所面临的问题及进一步的研究方向。     

金属凝固微观组织的相场模拟研究进展

金属凝固微观组织对金属的性能有着决定性的影响,利用相场方法模拟凝固微观组织形成和演化已在国内外取得成功.介绍相场方法的基本原理,综述近年来国内外在这一领域的研究进展,重点介绍相场方法在枝晶生长方面的应用,并指出了进一步的发展方向.     

Al-Si二元合金微观偏析的相场法模拟

采用耦合溶质场的相场模型模拟了亚共晶Al-2mol%Si二元合金枝晶生长过程,研究了不同过冷度条件下枝晶的生长形貌以及沿生长方向溶质浓度的分布情况,同时分析了固相溶质扩散系数对微观偏析的影响。结果表明:过冷度对溶质的分布有较大影响,过冷度的增加使凝固界面溶质的富集程度增大;增大固相溶质扩散系数,溶质的微观偏析程度减轻;计算结果与Ivantsov理论值能够较好的吻合。     

相场法凝固组织模拟的研究进展

阐述了相场法是一种用于模拟凝固微观组织的有效方法 ,是目前国内外的研究热点 ;论述了相场法模拟凝固微观组织的原理和国内外的研究现状 ,并指出进一步研究的方向。     

用相场方法模拟铝合金枝晶生长形貌

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。     

Influence of coupling with calculation of phase diagrams on microsegregation forming simulation of Al-4.5%Cu alloy

The effect of coupling with calculation of phase diagrams on microsegregation forming simulation was investigated. The traditional simplified phase diagram and calculated phase diagram were introduced into the numerical models respectively and simulation on microsegregation forming of the Al-4.5%Cu alloy ingot was also presented. The simulation results were both compared with the experiment results. The results show that the calculated sencondary arm spacing with these two kinds of phase diagram are almost the same because relationship between the coarsening model and the information of phase diagram is not close. The calculated eutectic phase volume fractions of different locations in the ingot coupled with different phase diagrams are discrepant. The calculated volume fractions are consistent with the experiment results when calculated phase diagram couples, but are far from the experiment results and obviously inacceptable when traditional simplified phase diagram couples. So, coupling with accurate calculated phase diagrams is very significant for microsegregation forming simulation since much information of the phase diagram is used in the models and it can improve the precision of simulation results.     

有/无强制流动下定向凝固界面形貌的数值模拟研究

基于相场法对Ni-Cu合金的定向凝固过程进行了数值模拟,对比研究了抽拉速度、温度梯度对有/无强制流动下的凝固界面形貌的影响。结果表明,在强制流动的作用下,凝固界面向迎流方向倾斜生长;随着强制流速的增大,胞晶增大,沟槽的倾斜深度也逐渐增大,并且胞晶间的深度差别增大;在流动条件下,随着抽拉速度的增大,定向凝固界面演变模式为：平界面→深胞→浅胞→平界面,随着温度梯度的增大,凝固界面演化模式为：深胞→浅胞→平界面。此外,流动对凝固形成的胞晶一次间距产生重要影响     

相场模拟对流影响凝固组织形成的研究进展

相场法是模拟对流影响凝固组织形成的有效方法,本文介绍了在纯扩散相场模型中引入对流的两种方法:“粘度函数”引入法和“变化界面应力”引入法以及所建立的耦合对流的相场模型,概述了相场法在模拟凝固组织形成中的对流效应的应用和进展,指出了该领域目前面临的问题和未来发展趋势.     

Numerical simulation of boundary heat flow effects on directional solidification microstructure of a binary alloy

The boundary heat flow has important significance for the microstructures of directional solidified binary alloy.Interface evolution of the directional solidified microstructure with different boundary heat flow was discussed.In this study, only one interface was allowed to have heat flow, and Neumann boundary conditions were imposed at the other three interfaces.From the calculated results, it was found that different boundary heat flows will result in different microstructures.When the boundary heat flow equals to 20 W·cm-2, the growth of longitudinal side branches is accelerated and the growth of transverse side branches is restrained, and meanwhile, there is dendritic remelting in the calculation domain.When the boundary heat flow equals to 40 W·cm-2, the growths of the transverse and longitudinal side branches compete with each other, and when the boundary heat flow equals to 100-200 W·cm-2, the growth of transverse side branches dominates absolutely.The temperature field of dendritic growth was analyzed and the relation between boundary heat flow and temperature field was also investigated.     

Simulation of fluctuation effect on dendrite growth by phase field method

The dendrite growth process was simulated with the phase field model coupling with the fluctuation.The effect of fluctuation intensity on the dendrite morphology and that of the thermal fluctuation together with the phase field fluctuation on the forming of side branches were investigated.The results indicate that with the decrease of thermal fluctuation amplitude,the furcation of dendrite tip also decreases,transverse dendrites become stronger,longitudinal dendrites become degenerated,Doublon structure ...     

基于自适应有限元相场模型模拟强制流动条件下的枝晶生长(英文)

应用投影算法与相场法相结合的数学模型,采用基于非均匀网格的自适应有限元法求解该模型,并对强制流动作用下镍过冷熔体中枝晶生长行为进行模拟。模拟结果表明,强迫对流的引入导致枝晶生长的不对称性。当流速小于临界值时,流动对枝晶的不对称生长影响较小;当流速达到或超过临界值时,枝晶生长的控制因素逐渐从热扩散过渡到对流。随着流速的增大,流动法向的一次枝晶臂朝逆流方向倾斜角度增大。而枝晶生长对熔体流动具有明显的影响。随着枝晶尺寸的增大,在顺流区域产生涡流效应,涡流区逐渐扩大并在枝晶尖端出现重熔现象。此外,非均匀网格的自适应有限元方法的CPU耗费时间比均匀网格方法降低一个数量级,并且加速比与计算域尺寸成正比。