用相场法模拟纯铝的枝晶生长

利用相场法微观组织数值模拟技术,对纯铝物质的枝晶生长过程进行了仿真.研究了初始晶核半径、空间步长和各向异性对纯铝枝晶生长的影响.通过计算结果表明,在保证初始晶核半径不被熔化前提下,初始晶核半径不影响枝晶形貌;空间步长取值应在0.2d0～0.6d0范围内;各向异性趋于增大枝晶尖端生长速度,减小枝晶尖端半径.     

枝晶生长的相场法模拟

采用相场法模拟了等温过程中枝晶长大过程。结果表明:晶粒经历了由球形经星形向复杂枝晶转变的过程;过冷度的增加使晶粒的生长速度增加。利用本模型成功模拟出各种不同择优取向的枝晶生长形貌。     

相场法模拟铸铝凝固过程的枝晶生长

利用相场法对纯铝进行了数值模拟,研究了晶核半径、界面厚度等参数对晶粒形貌的影响.模拟结果与实验结果基本吻合.表明相场方法符合枝晶生长的物理机制,模拟结果接近实验结果.     

铸铝枝晶生长的相场法模拟

简介了相场方法,利用相场法对纯铝进行了数值模拟,研究了晶核半径、界面厚度等参数对晶粒形貌的影响。模拟结果与实验结果基本吻合。表明相场方法符合枝晶生长的物理机制。     

用相场方法模拟纯物质的枝晶生长

相场方法以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。本文采用相场模型模拟了纯物质凝固过程的等轴枝晶的演化和枝晶的形貌，并针对金属镍进行了二维数值模拟，计算了过冷熔液中的枝晶生长。在相场方程中采用均匀网格的显示有限差分方法求解。模拟结果显示了枝晶的形貌和生长过程．包括一次臂和二次臂，以及枝晶生长过程中出现的生长竞争和“缩颈”现象。     

用相场方法模拟纯物质等轴枝晶生长

采用相场模型模拟了纯物质过程的等轴枝晶演化,并针对各向异性模数为４的金属镍进行了二维数值模拟,计算了正方形区域过冷熔液中的等轴枝昌基相场方程中采用３均匀网格的一般显示有限差分方法求解,通过数值计算显示了等轴枝晶的形态。     

相场法模拟对流作用下铝合金的枝晶生长

基于现有二元合金纯扩散相场模型,建立了耦合流场和溶质场的相场模型,采用有限体积法和有限差分法对控制方程进行数值求解,模拟了对流作用下二元合金等温凝固过程中枝晶的生长,研究了过冷度对枝晶生长形貌和溶质场的影响,分析了枝晶主轴中心方向的溶质分布.结果表明:过冷度越大,枝晶的生长速率越快,固液界面前沿溶质扩散层越薄,溶质梯度越大.     

过冷熔体定向凝固过程枝晶生长的相场法模拟

利用二元合金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定向凝固的枝晶生长过程。研究了不同过冷度下二元合金过冷熔体定向凝固时枝晶的演化过程及其溶质场的分布情况。结果表明：利用相场模型可以逼真地模拟枝晶的生长过程，以及界面形貌从平界面向柱状晶生长的转变，可再现枝晶演变过程中相互之间的竞争生长和熔合现象。     

合金过冷熔体中枝晶生长的相场法研究进展

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。对铸件的凝固组织进行数值模拟,有利于深入理解凝固组织形成机制,预测铸件的凝固微观组织,优化铸件的工艺。概述了目前国内外三维晶粒微观组织数值模拟的研究进展、相关基本原理和模型,以及在模拟过程中常用的计算方法,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。     

强制对流作用下镁合金枝晶生长的相场法数值模拟

基于Wheeler等提出的纯扩散相场模型,针对hcp晶系镁合金建立耦合温度场、溶质场和流场的相场模型,研究强制对流作用下镁合金凝固过程中单枝晶和多枝晶的生长行为。结果表明:在流速为17.19m/s的垂直强制对流作用下,流体逆流侧3个方向的枝晶臂明显比流体顺流侧3个方向的枝晶臂生长得快,逆流方向枝晶臂的稳态生长速度比纯扩散时的增加78.0%,顺流方向枝晶臂的稳态生长速度比纯扩散时的减小53.7%;各枝晶的臂长存在很大差异,枝晶形貌的六重对称性被严重破坏;在多枝晶生长时,相向生长的枝晶互相影响并竞相生长,不同枝晶的枝晶臂彼此抑制,最终形成不对称的枝晶形貌。     

强制对流作用下纯Ni枝晶生长的相场法研究

基于耦合流场的Wheeler模型,采用有限差分法,对纯镍单枝晶和多枝晶生长过程进行模拟,研究了强制对流对枝晶形貌、温度分布及枝晶臂尖端生长行为的影响。结果表明,在流速为14.76 m/s的垂直强制对流作用下,单枝晶生长时逆流枝晶臂生长迅速,其尖端稳态生长速度比纯扩散时增加了47.14%;顺流枝晶臂生长缓慢,其尖端稳态生长速度比纯扩散时减小了49.72%。模拟结果与Ivanstov理论及试验结果一致。多枝晶生长时,受强制流动、晶体结构特征和生长空间的共同作用,仅有指向逆流侧外部区域的优先生长方向上的枝晶臂生长受到促进,主枝和侧枝发达,其他优先生长方向的枝晶臂生长均受到抑制,主枝和侧枝退化。     

Al-Cu合金等温凝固的相场法模拟

采用相场与浓度场耦合的相场法对Al-Cu二元合金等温凝固中的枝晶长大过程进行了一维数值模拟。在模拟中，研究了搅动及不同的过冷度对枝晶生长形貌的影响，并对相场和浓度场作了对比和分析。在数值计算过程中，利用薄的界面限制条件获得了相关的相场参数，计算采用均匀网格一般显式有限差分法。计算结果显示出与实践经验相一致的各种凝固特征。     

二元合金非等温凝固枝晶生长的相场法模拟

利用相场模型与溶质场，温度场进行耦合计算，以Al-4.5%Cu合金为例模拟了二元合金非等温凝固和等温凝固的等轴枝晶生长过程。研究了扰动对过冷合金熔液中的等轴枝晶生长以及溶质场和温度场的分布的影响。结果表明：扰动的引入可以促进枝晶的二次晶臂生长，并使固相中的最高温度提高，但基本不影响枝晶尖端稳定行为；在枝晶生长过程中枝晶尖端的浓度和温度的梯度最大；在非等温凝固时枝晶没有等温凝固时发达，并且凝固界面的溶质浓度也会降低。     

过冷熔体中非等温凝固枝晶生长相场法模拟

基于二元合金相场模型,建立了耦合溶质场和温度场的相场模型.采用有限差分法对控制方程进行了数值求解,模拟了Al-Cu二元合金非等温凝固时枝晶生长过程,研究了过冷度对等轴枝晶生长行为的影响.结果表明:过冷度越大,枝晶的侧向越发达,甚至三次枝晶出现,枝晶尖端生长速度越大,计算范围内温差越大.     

相场法模拟对流对枝晶生长的影响

基于Tong相场模型发展得到的单相场控制多晶粒相场模型,采用相场、流场及温度场三场耦合的方法,对纯镍凝固过程中的枝晶生长进行了数值模拟.时比研究了有无对流情况下,单个枝晶不同择优取向的枝晶形貌和枝晶尖端生长速度;模拟了多个晶粒的竞争生长,再现了凝固过程中的枝晶生长过程.     

相场法模拟纯金属枝晶生长参数的优化

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。     

相场法模拟Ni-Cu合金枝晶生长中过冷度的影响

用相场法模拟了Ni30Cu70合金非等温凝固中的枝晶生长过程。研究了过冷度对过冷合金熔体中的枝晶生长以及溶质场和温度场的分布的影响。模拟结果表明：随着过冷度的增大，二次枝晶臂发达，溶质扩散层厚度减小、溶质浓度梯度增大，热扩散层厚度减小。