相场方法模拟氙枝晶生长研究

基于相场方法对纯物质的凝固过程进行了二维数值模拟.以氙为例,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,随着过冷度值的增加,晶核由一圆核逐渐发展为发达的枝晶,相应的枝晶稳态尖端速度明显加快;随着耦合系数的增大,晶核由一圆核发展为细长的枝晶,枝晶的稳态尖端速度呈单调递增趋势,界面的稳定性逐渐变差.     

相场法模拟Zn-Al二元合金凝固过程中的枝晶生长

建立了与温度场和溶质场相耦合的 Zn-Al 二元合金枝晶生长的相场模型,用相场法模拟了枝晶形貌及生长过程。通过分析得到的图像,研究了各向异性强度系数、界面动力学系数以及界面能对枝晶生长形貌和枝晶尖端生长速度的影响。结果表明：随着各向异性强度系数的增大,枝晶生长速率增加,且容易出现二次支臂。此外,界面动力学系数和界面能的增大也会不同程度地加速枝晶生长速率并对二次支臂的产生有着较为明显的促进作用。     

用相场方法模拟Fe-C合金枝晶生长

采用相场法模拟了Fe-0.5%C合金等温凝固过程中单个枝晶和多个枝晶的生长,研究了过冷度、各向异性、界面厚度、晶体取向以及扰动对枝晶形貌的影响,获得了具有二次分枝的枝晶形貌,再现了枝晶生长过程及枝晶臂之间的竞争生长.模拟结果表明:凝固过程中存在溶质富集和枝晶偏析,枝晶主干溶质浓度最低,枝晶臂之间的液相浓度最高.随着过冷度的增大,枝晶生长加快且分枝发达;界面厚度直接影响枝晶的生长速度;各向异性影响枝晶的形态;晶体取向与坐标轴方向一致时枝晶优先生长;扰动的加入导致枝晶分枝的形成.     

对流影响枝晶生长的相场法模拟研究进展

液态金属的对流和枝晶生长的相互作用在凝固模型中是非常重要的,因为铸造和焊接过程常伴随有自然或强迫对流。综述了耦合对流时相场的数学模型、数值计算方法以及在凝固微观组织模拟中的应用和进展,指出了该领域目前面临的问题和未来发展趋势。     

金属凝固过程枝晶生长相场法模拟研究进展

近年来,相场法发展迅速,在许多方面得到了应用。本文主要介绍了相场法的发展进程,并对比分析了凝固相场中三种典型的相场模型(WBM模型、Karma模型和KKS模型)。在此基础上,简要概括了凝固相场方法的国内外研究现状,并对相场法今后的发展趋势进行了展望。     

强制对流作用下多枝晶生长的相场法研究

采用耦合溶质场、温度场和流场的相场模型,对Ni-Cu合金凝固过程中多枝晶生长进行模拟,研究了多枝晶生长形貌及温度场和溶质场分布.结果表明:熔体流动显著改变凝固前沿的传热和传质,从而影响枝晶生长.受过冷熔体冲刷,枝晶逆流侧前沿溶质浓度和温度低,枝晶臂尖端生长迅速;枝晶顺流侧前沿溶质浓度和温度高,枝晶臂尖端生长缓慢.在熔体...     

Si-Ni合金中小晶面枝晶生长的相场法模拟

相场法作为一种有效预测过冷熔体凝固过程的数值模拟计算方法,在模拟枝晶生长方面得到了广泛应用。应用界面能的校正形式,建立二元合金小晶面枝晶生长的相场模型,对Si-Ni二元合金小晶面枝晶生长进行了模拟。结果表明,当各向异性强度系数超过临界值υ=1/15时,枝晶生长表现出小晶面生长形态,尖端曲率效应消失,呈现出棱角状的不连续结构;同时在枝晶主支上产生大量侧向分支。实验观察验证了小晶面枝晶生长相场模型的有效性。     

相场模型凝固组织模拟进展

本文对相场模型的物理本质、数值计算方法以及在凝固微观组织模拟中的应用和进展进行了综述,并指出相场模型凝固微观组织模拟的发展方向。     

高温合金定向凝固过程中枝晶生长与溶质对流数值模拟

目的 针对高温合金叶片在定向凝固过程中容易出现雀斑缺陷,从而导致叶片报废的问题,对定向凝固枝晶生长与溶质对流进行模拟研究,以揭示雀斑缺陷的形成规律。方法 针对CM247LC合金定向凝固过程,采用相场模型模拟凝固过程枝晶生长,采用格子Boltzmann模型模拟溶质浓度差引起的自然对流。采用基于双重网格的GPU并行算法对相场-格子Boltzmann模型进行数值求解。研究在不同晶体取向角度与取向差条件下的枝晶形貌、对流速度及溶质羽流的演变规律。结果 当晶体取向角度不同时,在枝晶生长过程中,液相区域的平均对流速度均表现为周期性变化。当晶体取向角度较大时,随着晶体取向角度的变大,一次枝晶臂间距变大。当枝晶间存在晶体取向差时,溶质羽流倾向于在发散型晶界附近发起;随着晶体取向差的增大,溶质羽流发起时间提前。溶质羽流的形成阻碍了枝晶尖端及附近枝晶侧臂的生长。结论 晶体取向角度对溶质羽流形成的影响较小,较大的晶体取向差对溶质羽流的形成有促进作用。     

枝晶生长的稳态理论新进展

本文从自由生长和强制生长两个方面着重评述了单相合金枝晶生长的稳态理论新进展。发现稳态理论近年来有两个重要的进展，一是比较好地解决了自由生长枝晶尖端的稳态扩散场问题；另一是理论分析和实验研究的结果都表明，强制生长枝晶一次间距选择一个较宽的容许范围，平均一次间距在这个范围内的具体取值与凝固系统所经历的历史明显相关     

大跨度结构随机脉动风场的快速模拟方法

针对传统谐波合成法计算量巨大、内存耗费多的缺点,研究了空间各点的分解功率谱密度函数曲线随频率变化的特点。在此基础上,提出采用三次均匀B样条插值方法来拟合分解谱密度函数曲线,引入矩阵Cholesky分解的优化递归算法来加速矩阵分解速度,同时利用FFT技术来减少谐波项合成所需要的时间。经过上述的改进,可以大大提高双索引频率下谐波合成法的计算效率。最后利用两个算例表明,这种方法可以高效、准确地模拟出适合大跨度结构的随机脉动风场。     

在横向磁场中用Bridgman法生长HgCdTe晶体

在横向磁场中用Ｂｒｉｄｇｍａｎ法生长的晶锭其轴向组分分布在中部和尾部具有相同的趋势,在头部有三种类型的分布。磁场通过对固液混合区对流的作用影响溶质的再分布和轴向组分分布。突然施加磁场和中断磁场都引起轴向组分分布的突变。当安瓿绕生长轴匀速旋转时,晶锭的径向组分分布既没有安瓿不旋转时的偏心特征,也没有常规Ｂｒｉｄｇｍａｎ法生长晶体的径向对称性,尾部呈现圆锥状的凸起,可能是旋转生长抑制胞状结构的证据。     

考虑相位角的脉动风场模拟

为克服考虑相位角后风谱密度矩阵可能不正定而无法进行Cholesky分解的困难,提出了一种基于插值技术的改进风场模拟方法。首先依据风谱密度矩阵的正定性或不正定性将模拟风频范围划分为正定区间和不正定区间。在正定区间内,可直接将风谱密度矩阵进行Cholesky分解。而在不正定区间内,可采用插值技术获得风谱密度矩阵的分解式。然后运用谐波合成法模拟出全部风频范围内的脉动风速。数值算例表明:该方法具有较高的精度,且模拟结果能较好地符合自然风的基本特性。     

水力割缝本煤层抽采煤层气应力场数值模拟

我国浅部煤炭资源逐渐开采枯竭，很多煤矿相继进入深部开采作业阶段。针对平顶山十矿深部煤层处在高地应力和高孔隙压力下实际情况，基于ANSYS有限元分析软件对水力割缝技术本煤层卸压抽采煤层气进行了数值模拟研究。分析了水力割缝技术与破煤机理，建立了水力割缝开采深部煤层气平面应变有限元模型，得到了钻井前后、水力割缝前后有限元模型的地应力场变化规律及其影响范围。数值模拟结果表明，水力割缝技术可达到使近井地带充分卸压的目的，应用水力割缝在深部煤层气开采中卸压效果明显。     

Cu-10% Sn合金粉组成相含量的X射线测定

Cu 10%Sn合金粉末是制作含油轴承的主要原料,其相结构是控制产品质量的一个重要因素。采用Rietveld分析法模拟计算合金粉物相的X射线衍射谱,并根据多相体模型,无标确定相含量有其优越性。该法测得的结果与实际制样工艺密切相关。Cu 10%Sn合金粉料的主相是α CuSn固溶体与ζ Cu20Sn6化合物相,随着制粉工艺的变化,它们之间的相比例也会发生相应的变化。实验测得的ζ Cu20Sn6相在15%～30%之间。     

高聚物的DSC相变曲线的模拟

研究了从ＤＳＣ相变曲线计算相变转化率和转化率对时间的一阶导数的二阶导数的样条函数方法。结果表明，用样条函数模拟ＤＳＣ相变曲线可适用于各种高聚物及多重相变峰，并具有较高的精度．     

大跨越输电塔线体系随机脉动风场模拟研究

为在时域内分析大跨越输电塔-线体系风振响应,根据结构体型特征和脉动风场的功率谱特性,考虑输电塔-线分布、平均风剖面变化、功率谱能量与相干性等影响因素,提出了简化作用于输电塔线体系的多变量三维脉动风场(n-V-3D)为多变量一维脉动风场(n-V-1D)分析方法。结合输电塔线体系有限元法风振响应分析的特点,应用谐波叠加法和谱分解的适当修正,建立了脉动风速时程数值模拟方法。实例模拟表明,数据符合统计检验,模拟功率谱与目标谱吻合,从而验证了模拟方法的有效性和模拟脉动风速时程适用性。     

热电制冷系统的非稳态温度场数值模拟及其冷端温度的分析

热电制冷时由于电场与温度场的耦合作用,很难求得实际运行工况下的解析解,从而阻碍了对它的非稳定状况的分析,另一方面又制约了它在实际中的应用。通过对热电制冷系统的非稳态温度场数值模拟,较详细分析了非稳态状况下对冷端温度的影响因素,以能在此领域作初步的探索。     

用Monte Carlo法模拟纯铜的静态再结晶

利用Monte Carlo(MC)法进行了纯铜静态再结晶的二维模拟,通过监测存储能量的变化历程发现,当初始存储能量较低的时候,静态再结晶是以非均匀形核（晶界形核）的方式进行的,当初始存储能量充分高的时候,静态再结晶是以均匀形核（晶内形核）的方式进行的。初始存储能量较高的时候,能量释放的速率要比初始存储能量较低的时候的速率高,确定了区分均匀形核和非均匀形核的临界应变。     

基于凝固进程数值模拟的铸件裂纹预测方法

根据凝固层内应力表达式及裂纹萌生部位的判别准则,对生产条件下的φ800铸钢车轮裂纹进行了预测,并用常规的热弹塑性方法计算的结果及剖面低倍组织形貌进行了评价,结果表明:预测裂纹与计算和实测情况吻合;裂纹沟槽出现在距表面凝固厚度的2/3处,它与缩松、缩孔及组织缺陷没有必然的联系;控制铸件表面温度的工艺措施是减少裂纹的有效途径.