检索结果-内蒙古大学图书馆

相场模型参数对枝晶形貌的影响

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金属学报 2003年第8期39卷 813-816页

作者：赵代平荆涛柳百成清华大学机械工程系北京100084

定量研究了相场模型中过冷度、温度对相场的耦合系数、各向异性系数等参数对晶粒形貌的影响,讨论了不同枝晶形貌和海藻状形貌的产生和转化.研究了生长速度与晶粒形貌及相场参数的联系,分析了枝晶生长尖端的分叉及边枝的产生原理.

关键词：相场枝晶边枝微观组织模拟

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考虑包晶相的Ti-Al合金定向凝固枝晶生长数值模拟

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铸造 2012年第12期61卷 1415-1421页

作者：徐吉祥许庆彦程锦张虎柳百成清华大学机械工程系先进成形制造教育部重点实验室北京100084 北京航空航天大学材料科学与工程学院北京100191

考虑二元合金包晶反应和包晶转变过程,采用改进的CA方法建立了Ti-Al合金定向凝固过程中的组织演变数值计算模型,对液态金属冷却定向凝固过程中Ti-47.8Al(原子分数,%)合金包晶相的形成和具有不同优先生长方向的柱状晶的竞争生长进行了模... 详细信息

考虑二元合金包晶反应和包晶转变过程,采用改进的CA方法建立了Ti-Al合金定向凝固过程中的组织演变数值计算模型,对液态金属冷却定向凝固过程中Ti-47.8Al(原子分数,%)合金包晶相的形成和具有不同优先生长方向的柱状晶的竞争生长进行了模拟。模拟了40 K/cm和80 K/cm两种温度梯度下合金的组织演化,并与相应的Ti-47Al-2Cr-2Nb合金定向凝固试验结果进行对比。结果表明,较之40 K/cm,温度梯度为80 K/cm时组织更快地进入稳定生长区,过渡区相对较短,而且柱状晶区晶粒的连续性更好,一次枝晶臂间距减小。

关键词： Ti-Al合金定向凝固包晶反应微观组织模拟温度梯度

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基于元胞自动机的金属静态再结晶行为研究进展

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材料热处理学报 2021年第2期42卷 1-10页

作者：吕胡缘胡励时来鑫周涛杨明波重庆理工大学材料科学与工程学院重庆400054 重庆理工大学重庆市模具技术重点实验室重庆400054

静态再结晶是材料变形后通过热处理来改变组织状态的重要现象。本文重点综述总结了金属静态再结晶行为的数值模拟研究,首先简要介绍了计算材料科学中常用的元胞自动机(Cellular automata,CA)模拟方法,然后分别对元胞自动机模拟的动力学... 详细信息

静态再结晶是材料变形后通过热处理来改变组织状态的重要现象。本文重点综述总结了金属静态再结晶行为的数值模拟研究,首先简要介绍了计算材料科学中常用的元胞自动机(Cellular automata,CA)模拟方法,然后分别对元胞自动机模拟的动力学模型和物理模型发展进行详细综述,并分析总结了近年来元胞自动机在金属及其合金静态再结晶行为研究中的应用现状。最后,就金属静态再结晶行为的元胞自动机模拟研究提出相关建议。

关键词：静态再结晶行为微观组织模拟元胞自动机法再结晶模型

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对流作用下Al-4.7%Cu合金枝晶生长的形貌特征和成分分布的数值模拟

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航空材料学报 2016年第4期36卷 1-9页

作者：周靖超李日杨莹莹赵朝阳河北工业大学材料学院天津300130

建立了用于模拟Al-4.7%Cu(质量分数)单相固溶体合金凝固过程温度场、流场、溶质场以及微观组织模拟的元胞自动机-格子玻尔兹曼方法(CA-LBM)数值模型,分析对流作用下枝晶生长的形貌与成分变化。模型处理溶质场计算中固液(S/L)界面处溶质... 详细信息

建立了用于模拟Al-4.7%Cu(质量分数)单相固溶体合金凝固过程温度场、流场、溶质场以及微观组织模拟的元胞自动机-格子玻尔兹曼方法(CA-LBM)数值模型,分析对流作用下枝晶生长的形貌与成分变化。模型处理溶质场计算中固液(S/L)界面处溶质的分配过程,使浓度场的变化和实际的传输过程更加相符。计算结果表明,与不计入流动过程的纯扩散型合金凝固过程相比较,对流对合金枝晶形貌的影响显著,呈现非对称生长形貌。在强制对流条件下,枝晶晶粒大小呈均匀化趋势,枝晶间的局部区域的成分更加均匀,在整体凝固区域内的成分呈现出上游到下游的一定的梯度化趋势。

关键词：合金凝固微观组织模拟 CA-LBM 成分分布枝晶形貌

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强制对流和自然对流作用下枝晶生长的数值模拟

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物理学报 2009年第F06期58卷 285-291页

作者：孙东科朱鸣芳杨朝蓉潘诗琰戴挺东南大学江苏省先进金属材料高技术研究重点实验室南京211189

建立了一个基于格子玻尔兹曼方法(LBM)的二维模型,对强制对流和自然对流作用下合金凝固过程中的枝晶生长行为进行了模拟研究.与传统的基于求解Navier-Stokes方程计算流场的方法不同,本模型采用基于分子动理论的LBM对凝固过程中的传输现... 详细信息

建立了一个基于格子玻尔兹曼方法(LBM)的二维模型,对强制对流和自然对流作用下合金凝固过程中的枝晶生长行为进行了模拟研究.与传统的基于求解Navier-Stokes方程计算流场的方法不同,本模型采用基于分子动理论的LBM对凝固过程中的传输现象进行数值计算.用三组粒子分布函数分别建立了计算流场、由对流和扩散所控制的浓度场和温度场的LBM演化方程.通过求解LBM演化方程获得固/液界面前沿的浓度和温度分布.然后,基于溶质平衡方法计算了枝晶生长的驱动力.为了对模型进行验证,将模拟在强制和自然对流作用下枝晶上游尖端的稳态生长特征分别与Oseen-Ivantsov解析解和修正的Lipton-Glicksman-Kurz模型预测结果进行了比较,模拟结果和理论预测结果符合良好.模拟结果还表明,对流使热量和溶质从上游传输到下游,从而加速了枝晶在上游方向的生长,而抑制了下游方向的生长,形成了非对称的枝晶形貌.

关键词：微观组织模拟枝晶生长对流格子玻尔兹曼方法

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三维溶质枝晶生长数值模拟

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物理学报 2009年第F06期58卷 278-284页

作者：潘诗琰朱鸣芳东南大学江苏省先进金属材料高技术研究重点实验室南京211189

建立了在低Péclet数条件下三维溶质枝晶生长的数值模拟模型.该模型采用Zhu和Stefanescu提出的溶质平衡方法,即根据固/液界面的平衡浓度和实际浓度之差计算固/液界面演化的驱动力.界面的平衡浓度由界面温度和曲率所确定,实际浓度通... 详细信息

建立了在低Péclet数条件下三维溶质枝晶生长的数值模拟模型.该模型采用Zhu和Stefanescu提出的溶质平衡方法,即根据固/液界面的平衡浓度和实际浓度之差计算固/液界面演化的驱动力.界面的平衡浓度由界面温度和曲率所确定,实际浓度通过采用有限差分法对溶质扩散控制方程进行数值求解而获得.该方法能够合理定量地描述枝晶从初始的非稳态到稳态的生长过程,并且具有较高的计算效率.为了描述具有不同晶体学取向的三维枝晶生长,提出了一种权值平均曲率算法用于计算固/液界面的曲率,在权值平均曲率的算法中耦合了界面能各向异性的因素.该算法简单易实现,并易于从二维推广到三维系统.为了对模型进行验证,将模拟的枝晶尖端稳态生长数据和理论模型的预测结果进行了比较.结果表明,模拟的Al-2wt%Cu合金枝晶尖端稳态生长速率和半径随过冷度的变化接近于Lipton-Glicksman-Kurz解析模型的预测结果.模拟分析了稳态枝晶尖端的形貌,发现三维枝晶尖端是非轴对称的,以四次对称的方式偏离旋转抛物面.最后,应用所建立的模型模拟出具有发达分枝和不同晶体学取向的三维等轴多枝晶生长形貌.

关键词：微观组织模拟溶质枝晶生长权值平均曲率三维

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用宏微观耦合模型模拟铝合金凝固过程

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特种铸造及有色合金 2004年第3期24卷 37-39页

作者：许林杨湘杰郭洪民南昌大学

用一种宏微观耦合模型对Al 2 .5Si在金属型中的凝固情况进行了模拟。该模型结合改进的元胞自动机模型与有限差分法 ,考虑了温度场、浓度场和微观生长过程。该改进的元胞自动机模型与经典元胞自动机相比较 ,不仅考虑了温度场扩散 ,而且... 详细信息

用一种宏微观耦合模型对Al 2 .5Si在金属型中的凝固情况进行了模拟。该模型结合改进的元胞自动机模型与有限差分法 ,考虑了温度场、浓度场和微观生长过程。该改进的元胞自动机模型与经典元胞自动机相比较 ,不仅考虑了温度场扩散 ,而且考虑了溶质在液相中的扩散、界面曲率和溶质富集对枝晶尖端过冷度的影响。在宏微观耦合模型中采用大小两套网格分别进行宏观温度场和微观组织演变的计算。在 3种不同的浇注温度下得到了 3种典型的柱状晶向等轴晶转变的图形。考虑边界条件后的模拟结果发现等轴晶的形核情况与理论分析有所差别。

关键词：元胞自动机宏微观耦合微观组织模拟

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Monte Carlo方法在定向凝固模拟中的应用

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特种铸造及有色合金 2001年第2期21卷 83-85页

作者：丁雨田王海南许广济李传军甘肃工业大学

应用MonteCarlo方法模拟了定向凝固条件下微观组织的形成过程 ,同时还模拟了双向凝固 ,四边由表面向中心凝固及整体凝固的微观组织形成过程 ,模拟结果与实际情况非常接近。

关键词： MonteCarlo方法定向凝固微观组织模拟

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陶瓷刀具材料纳观界面行为和微观断裂行为模拟研究

陶瓷刀具材料纳观界面行为和微观断裂行为模拟研究

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作者：周婷婷山东大学

学位级别：博士

如何提高陶瓷刀具材料的断裂韧度是陶瓷刀具材料研究领域的重要课题之一。陶瓷刀具材料的宏观力学性能取决于其微观组织,而造成陶瓷刀具材料脆性大的本质原因则是由其在原子尺度下化学键的性质决定的。本文利用多尺度模拟方法,对陶瓷刀... 详细信息

如何提高陶瓷刀具材料的断裂韧度是陶瓷刀具材料研究领域的重要课题之一。陶瓷刀具材料的宏观力学性能取决于其微观组织,而造成陶瓷刀具材料脆性大的本质原因则是由其在原子尺度下化学键的性质决定的。本文利用多尺度模拟方法,对陶瓷刀具材料的纳观和微观组织进行了模拟研究,对陶瓷刀具材料的研发具有重要指导意义。建立了Al2O3(012)/SiC(310)界面模拟模型,对差分电荷密度、态密度和布居数进行了分析。结果表明,Al-C键和O-Si键对界面结合强度和抗蠕变性能有贡献,且贡献大小关系是Al-C>O-Si;在整个界面模型中,SiC晶粒内部的Si-C键合作用最强,而晶界处的Al-C和Si-O的平均键合强度高于Al2O3晶粒内的Al-O键。建立了单相Al2O3和复相Al2O3/SiC陶瓷刀具材料的界面分子动力学模拟模型,利用分子动力学方法计算了界面结合能,比较了不同界面模型的界面结合强度和抗裂纹扩展能力。并将单相Al2O3界面模型和复相Al2O3/SiC界面模型的界面结合能分别作为Al203晶界断裂能和Al2O3/SiC界面断裂能,传递给微观断裂行为模拟模型使用。模拟研究了Al2O3(012)/SiC(011)界面模型在烧结过程中的界面结合能变化和扩散行为。随着温度的升高,界面结合能先增大后减小,其中在1500K出现最大值。原子扩散系数随着温度的升高呈现先增大后减小的趋势。各原子在同一温度下的扩散速率的关系是C>Si>O>Al。在Voronoi网格表征的微观组织中插入含有断裂准则的内聚力单元,建立了内聚力模型,分别对不含气孔的单相陶瓷刀具材料、含气孔的单相陶瓷刀具材料和纳米复合陶瓷刀具材料微观组织中的裂纹扩展行为进行了模拟。模拟研究了不含气孔的单相陶瓷刀具材料的晶粒大小对裂纹扩展路径的影响。结果表明,单相材料都发生沿晶断裂。在晶粒较小的微观组织中,其裂纹扩展路径更曲折,裂纹偏转次数较多,会吸收更多的断裂功；晶粒粒径较小的微观组织具有较大的临界断裂能释放率,因此减小晶粒尺寸有助于提高材料的断裂韧度。气孔率对单相陶瓷刀具材料微观断裂行为影响的模拟结果表明,位于晶界的气孔边缘的应力集中效应增加了晶界断裂的概率。气孔率增大,材料的断裂表面能降低。模拟研究了纳米复合陶瓷刀具材料的微观组织类型、纳米相颗粒尺寸和纳米相体积含量对材料微观断裂行为的影响。结果表明,纳米相颗粒改变了材料的断裂模式,由单相材料的沿晶断裂变为沿晶-穿晶混合型断裂。位于晶界的纳米相对纳米复合陶瓷刀具材料断裂模式的改变起主导作用。在纳米相粒径较小的微观组织中,弥散分布在主晶界的纳米相数量较多,具有更显著的增韧效果。当纳米相体积含量为15%时,微观组织中穿晶断裂比例最高,临界断裂能释放率最大。模拟研究了纳米相/基体相界面、基体相晶粒和基体晶界三者的断裂能比例对纳米复合陶瓷刀具材料断裂模式的影响。结果表明,其临界断裂能释放率的变化次序为强界面>中等强度界面>弱界面,强界面有利于提高纳米复合陶瓷刀具材料的断裂韧度。模拟研究了纳米复合陶瓷刀具材料微观组织内部残余应力场分布和在外载作用下材料的微观断裂行为。结果表明,对于晶内型组织,若不考虑残余应力,晶内纳米粒子对主裂纹沿晶扩展和断裂模式几乎没有影响；若考虑残余应力,晶内残余拉应力使穿晶断裂明显增加。对于晶间型组织,若不考虑残余应力,纳米相和基体相之间较高的结合强度使材料容易发生穿晶断裂；若考虑残余应力,径向压应力促进了纳米相和基体相之间的界面结合强度,增强了纳米粒子对裂纹的“钉扎”作用；切向拉应力则和外加拉应力场叠加,增大了纳米粒子断裂的倾向。模拟研究了纳米相体积含量变化时晶内/晶间混合型纳米复合陶瓷刀具材料微观组织模型中的残余应力场。结果表明,随着纳米相体积含量的增加,纳米相周围的压应力区和拉应力区逐渐增大,拉应力区增大的更明显。平均拉应力随着纳米相体积含量的升高而不断增大,而平均压应力随着纳米相体积含量的升高呈现出先升高后降低的趋势。若考虑残余应力,晶内纳米粒子周围的残余拉应力场对基体晶粒的弱化作用使穿晶断裂比例增大,且材料的临界断裂能释放率较高。临界断裂能释放率随纳米相体积含量的增加而先升高后下降,并在纳米相体积含量为15%时达到最大值。模拟研究了材料微观组织内部在残余应力场作用下的微裂纹萌生行为。结果表明,纳米相粒径越小,生成的微裂纹尺寸越小。微裂纹密度随着纳米相体积含量的增加而增大。对于晶间型组织,微裂纹主要产生于纳米相粒子周围的晶界处；对于晶内型组织,微裂纹主要产生于基体晶粒内部的纳米相粒子周围。模拟研究了含有自发微裂纹的晶内型和晶间型组织在外载作用下的裂纹扩展行为。结果表明,材料内部的微裂纹会减少主裂纹扩展过程中实际断裂表面面

关键词：微观组织模拟 Voronoi网格内聚力模型纳观界面行为微观断裂行为

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基于自由能变化的一种新的CA数值模型研究

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铸造技术 2016年第10期37卷 2139-2144,2148页

作者：吴腾飞李日梁子尚郑振太河北工业大学材料成型及控制工程重点实验室天津300130

基于晶体生长过程中的自由能变化,提出了一个新的模型来模拟枝晶生长。在新模型中,晶体生长由固-液界面处的自由能差来驱动,采用CA方法来跟踪新的界面单元。相对于KGT模型和溶质扩散型模型,该模型更加适合于难于寻找生长速度函数及生长... 详细信息

基于晶体生长过程中的自由能变化,提出了一个新的模型来模拟枝晶生长。在新模型中,晶体生长由固-液界面处的自由能差来驱动,采用CA方法来跟踪新的界面单元。相对于KGT模型和溶质扩散型模型,该模型更加适合于难于寻找生长速度函数及生长过程基本无成分变化的晶体如金属间化合物等的微观组织模拟。新模型具有普适性。然后,基于新模型,构建了相应的算法并予以程序实现。在一个算法循环中,以当前计算单元为中心,同时考虑了计算网格中连续三层网格单元的状态-当前生长单元、生长单元的邻居单元、以及这些邻居单元的状态。计算结果与实际情况较为一致。

关键词：元胞自动机(CA方法) 微观组织模拟自由能模型

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