相场法模拟枝晶生长

基于Tong提出的耦合流场、温度场、噪音场的相场模型,发展了一个单相场控制的多个晶粒生长模型,对对流作用下的枝晶的非对称生长进行了模拟研究,考虑了枝晶的择优生长方向,应用该模型模拟了纯金属镍单枝晶和多枝晶在流体作用下的生长规律。模拟结果表明。金属液对流对枝晶生长形貌产生重要的影响,该模型能够较真实地再现凝固过程的枝晶生长过程。     

改进元胞自动机法数值模拟高温合金凝固过程枝晶生长行为

提出了一种改进元胞自动机方法,该法充分考虑了溶质场和热扩散对枝晶生长的作用,并基于溶质场方程的27点离散格式,对多元高温合金凝固时的枝晶生长行为进行了数值模拟和试验对比,研究了枝晶生长形貌演变和单晶叶片铸件杂晶形成规律。结果表明:增大过冷度能促进枝晶快速生长,但由于溶质富集,单晶粒枝晶尖端生长速率随时间延长而逐渐减小;当冷却速率较低时,铸件等截面区域偏离热流取向的枝晶会淘汰与热流取向相同的枝晶;在定向凝固枝晶生长中,等温线内凹温度场中的变截面区域易形成杂晶;上述模拟计算结果和试验结果及相关文献的研究结果一致,该改进元胞自动机方法具有一定的有效性和实用性。     

Lattice Boltzmann方法在枝晶生长模拟中的应用

将模拟流场和浓度场的Lattice Boltzmann方法(LBM)和一个模拟枝晶生长的改进cellular automaton(MCA)模型相耦合,模拟了合金凝固过程中单枝晶在纯扩散和存在对流两种条件下的生长行为.结果表明:在纯扩散条件下,枝晶呈现对称生长形貌;但存在对流时,枝晶的生长在上游方向得到促进,而在下游方向受到抑制,形成了非对称的枝晶生长形貌.模拟的纯扩散和对流枝晶形貌与前期的MCA-传输模型的模拟结果吻合较好.     

相场方法原理及在微观组织模拟中的应用

介绍了相场方法的两种基本原理,阐述了相场方法在金属凝固过程微观组织形成模拟中的应用情况。指出了相场方法非常适合于微观组织三维模拟,用其他方法则存在较大难度。以后进一步研究的重点方向是更优的数值算法、更精确的数值模型、三维定量模拟以及实用化研究。     

基于Sola算法强迫层流纯物质枝晶生长相场法模拟

采用SIMPLE算法耦合流场的相场法模拟过冷熔体枝晶生长过程计算效率较低.将计算效率较高的自适应压力迭代法修正的Sola算法与相场模型结合,建立模拟过冷熔体在强迫层流状态下枝晶生长的Sola-相场模型(Sola-phase field model, S-PFM),实现过冷熔体流动场与相场的完全耦合,基于该模型模拟高纯丁二腈(SCN)过冷熔体枝晶生长行为.结果表明,过冷熔体在层流状态下,迎流方向枝晶尖端生长速度大于无流动时候的枝晶尖端生长速度,而下游枝晶尖端生长速度小于无流动时候的枝晶尖端生长速度,它与TONG等采用结合SIMPLE算法的相场模型模拟结果一致;并且,流动法向枝晶尖端在其逆流侧出现漩涡初期生长速度不稳定;同时,过冷熔体层流速度越大,迎流方向枝晶尖端生长速度越大,固相率也越高.     

三维三相纳米陶瓷刀具材料微观组织的相场法模拟

建立了添加两种纳米颗粒的三相陶瓷刀具材料微观组织的相场法模拟模型,改进了三维尺度下的现有模拟算法,提出了一种更为有效的模拟算法,成功模拟了200×200×200单位的三相复合陶瓷刀具材料的微观组织演化过程,提高了计算效率。分别模拟了单相材料与三相纳米陶瓷刀具材料的微观组织演化过程。结果表明,添加纳米颗粒的三相纳米陶瓷刀具材料的晶粒尺寸分布峰值较小,说明纳米颗粒对晶界的钉扎效果明显,起到了较好的细化基体相晶粒的作用。     

相场法模拟中影响侧向分支的相场参数

使用耦合热扰动的相场模型,研究相场参数对枝晶侧向分支的影响。结果表明,随着过冷度的增大,包围等轴晶的热扩散层越薄,这越有利于侧向分支的生长,使枝晶侧向分支越发达。各向异性系数ε影响枝晶尖端稳态行为,ε越大,枝晶生长速度越大,侧向分支越发达,二次枝晶间距越小:耦合系数λ越小,尖端生长速度较快收敛于格林函数计算值,侧向分支越发达;热扰动幅值Fu对温度场的影响明显,当Fu取值适当时,热噪声可以引发侧向分支,但是不影响尖端的稳态行为。     

喷射电沉积中镍枝晶分形生长的数值模拟

基于有限扩散凝聚(DLA)模型建立了平行板电极喷射电沉积的模型,实现了对平行板电极喷射电沉积不同生长阶段的模拟;并以平行板金属镍为阳极,石墨板为阴极,制备了二维的金属镍枝晶簇,并将模拟结果与试验结果进行了对比。结果表明:在石墨基体上制备的镍枝晶簇与计算机模拟的结果非常相似,利用此模型模拟平行板电极喷射电沉积中枝晶的分形生长是可行的。     

AerMet100钢再结晶过程的相场模拟

基于双势阱函数和场变量之间存在交互作用,提出了用于描述材料加热过程晶粒演变的自由能表达式,建立了晶粒长大的扩散相场数学模型,并编制了相应的数值模拟软件,对AerMet100钢加热过程中正常和异常晶粒长大进行了数值模拟.结果表明:空间矢量取向数的改变,直接影响晶粒生长过程中的演变倾向;随着空间矢量取向数的减少,晶粒向异常长大演变.     

无堵塞离心泵内部三维固液两相湍流场数值模拟

针对无堵塞泵叶轮内部流场的特点,选用颗粒拟流体的κ-ε-Α_p模型模拟两相湍流,基于SIMPLEC算法建立压力修正方程来满足连续性方程和动量方程间的耦合关系,并由此建立了两相湍流的时均控制方程组,采用GEM-CHIP算法编制程序对叶轮内流进行模拟,并实现了模拟结果的可视化。模拟结果揭示了无堵塞泵叶轮内部流动的某些特征:叶轮前盖板一吸力面处存在射流—尾迹区,流体相与颗粒相之间有速度滑移,且滑移值随流道逐渐降低。     

Numerical simulation of single-pulse laser ablation for dressing a bronze-bond diamond grinding wheel

To investigate the interaction between a laser beam and the bronze substrate in pulsed laser dressing of bronze-bonded diamond abrasive grinding wheels, a two-dimensional, transient numerical model of the three-phase (solid–liquid–gas) coupling in single-pulse laser ablation of the bronze was developed. The model accounts for the heat transfer, solidification, melting and vaporisation processes; the latent heat mechanism of the phase changes; and various critical factors such as surface tension, the vaporisation-induced recoil force, the thermal buoyancy force, and Darcy friction. The phase-field method is used to accurately track the development of the liquid/vapour (L/V) interface in the ablation crater. The finite element analysis software COMSOL Multiphysics was used to calculate the internal temperature field of the bronze substrate, the velocity field in the metallic vapour zone, and the evolution of the shape of the ablation crater during single-pulse laser ablation with various average laser power levels. The maximum error between the experimental results and the numerical analysis was less than 5%, which shows that the results are consistent. This model can accurately simulate the dynamic behaviour of the crater L/V interface during single-pulse laser ablation. This study provides a theoretical foundation for further research on laser dressing technology for bronze-bonded diamond grinding wheels.     

方盒形件拉深成形无网格法模拟

针对板材冲压成形有限元模拟存在的不足,采用一种新的数值方法——无网格法对方盒形件拉深成形进行数值模拟研究。建立基于无网格法的板材冲压成形力学控制方程。采用材料形函数避免影响域和形函数的频繁更新。通过改造无网格形函数获得动可容形函数,该形函数具有插值性,通过对全域内的节点形函数进行重新构造,可精确施加复杂问题的本征边界条件。利用模具上分布的节点建立矩阵,利用矩阵的特性可实现接触搜索。在此基础上,为提高接触搜索效率,提出建立稀疏"矩阵"数据结构加快接触搜索。编写板材冲压成形无网格模拟程序,实现方盒形件拉深成形无网格法模拟。通过盒形件冲压成形无网格数值模拟考察压边力对盒形件冲压成形过程的影响,获得厚度分布和应力应变分布,通过数值模拟结果与试验结果的比较,表明采用无网格法模拟板材冲压成形是有效的。     

离心通风机整机三维流场的数值模拟

对前弯型离心通风机整机三维内流场进行了数值模拟,预测了叶轮的做功效率,通过与试验结果比较表明了计算的可信性.详细分析了风机内部流场情况,发现轮盖附近的流动分离现象使叶轮对流体的做功能力受到很大影响.通过对不同工况的计算,揭示了叶轮和蜗壳内部的二次流现象及其发展规律.通过比较,分析了蜗壳子午截面涡流产生的机理及其影响因素.     

动网格在涡旋压缩机三维流场数值模拟中的应用

基于局部弹性变形与网格重划的CFD动网格技术,对涡旋空气压缩机动态内流场进行了数值模拟。该模拟以理想气体为工作介质,满足流体控制方程及气体状态方程,湍流模型采用RNG k-ε模型,用壁面函数法描述近壁区流动。数值计算的结果表明,涡旋压缩机内部流场随时间周期变化,涡旋压缩机内存在旋涡生成、运动等现象。该计算非常形象地揭示了涡旋压缩机内部流动规律,为涡旋压缩机的优化设计提供了理论参考。     

球囊扩张式冠脉支架扩张变形机理数值模拟方法

研究支架耦合扩张过程三维数值分析的弹塑性大变形基本理论和耦合接触处理算法,采用更新拉格朗日方法,基于动力虚功率原理,给出支架耦合扩张变形的动力显式算法有限元列式和求解步骤.研究支架耦合扩张过程数值模拟关键技术,提出适合支架耦合扩张的有限元建模方法,重点研究支架压握收缩、自由扩张和与血管接触的耦合扩张全过程有限元模拟中的几何建模、材料模型选取、网格划分、边界条件、载荷定义、接触处理等关键技术.阐述冠脉支架样件在试验测试平台上进行实物扩张试验过程,并将试验测试数据与支架扩张数值模拟获得的数据进行分析比较,结果表明支架数值模拟与实物扩张试验之间的误差在许可范围之内,从而证明所建立的支架耦合扩张过程三维数值分析方法是合理的.为支架的优化设计及其扩张过程的有限元模拟提供有力的支持.     

铝合金摩擦液柱成形有限体积法数值模拟

为了研究焊接参数对摩擦液柱成形过程的影响,建立了铝合金材料的三维模型,采用有限体积法对该模型进行了数值模拟,得到了塑性化铝合金的流动速度和压力分布情况,并且分析了焊接旋转速度与进给速度对流动速度和压力分布的影响。仿真结果表明,焊接棒附近流动速度较其他区域大,压力高的区域主要集中在焊接模型底部,进给速度对压力的影响大于旋转速度的影响,对于流动速度的影响主要取决于旋转速度。     

齿轮啮合内部动态激励数值根据

把具有内部激励和时变刚度齿轮系统非线性微分方程变换为近似的线性微分方程,把时变刚度激励、误差激励、啮合冲击激励作为右端顶。时变刚度曲线用轮齿三维接触有限元方法求得,啮合冲击激励力用轮齿三维 冲击－动力接触有限元混合法求得。误差激励按精度等级确定的齿轮偏差进行模拟。把激励力作用在整个齿轮系统的三维有限元模型上,以便求得其振动响应。     

采用Cellular Automaton法模拟铝合金的微观组织

采用Cellular Automaton微观模型,并与宏观的传热计算相结合,对砂型铸造铝合金铸件的凝固组织形成进行了模拟。在模拟过程中,采用连续形核的方法处理液态金属的异质形核现象。通过高斯分布函数描述表核质点密度随温度的分布关系,在给定过冷度时对分布函数求积分可得该时刻的形核密度。晶粒生长模型则考虑枝晶尖端生长动力学和择优生长方向（100）晶向,模拟计算结果表明,在冷却速度不变的情况下,随着形核分布参数△TN增加,所得到的晶粒尺寸增大。从数学角度对模拟结果进行了分析。