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。     

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。     

扰动影响枝晶生长的相场法模拟

采用耦合扰动的相场模型，对枝晶生长过程进行模拟，研究了热扰动强度对枝晶形貌的影响以及热扰动和相场扰动对枝晶侧向分枝形成的影响。结果表明，随着热扰动幅值的减小，枝晶尖端分叉程度减小，横向的二次枝晶变得发达，纵向的二次枝晶退化，doublon结构消失，形成了高度对称的枝晶结构；热扰动能够引发枝晶的侧向不稳定，是侧向分枝形成的主要原因，相场扰动对侧向分枝的贡献不大，在计算中一般可以忽略；当Fo取值适当时，热噪声的引入能引发侧向分枝，但不改变枝晶尖端的稳态行为。     

相场法模拟丁二腈枝晶生长研究

基于相场方法对纯物质的凝固,进行了二维数值模拟.以丁二腈（SCN）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,随着各向异性值的增加,晶核由一圆核逐渐发展为发达的枝晶,当γ=1/15时与γ=0一样,晶核生长为一圆核;随着过冷度的增大,二次枝晶出现并长大,枝晶的稳态尖端速度呈递增趋势,且增加趋势明显加快;随着耦合系数的增大,枝晶稳态尖端速度呈递增趋势,且耦合系数越大,界面的稳定性越差.     

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.     

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.     

三维枝晶各向异性生长的相场模拟

研究了三维枝晶生长相场模型中各向异性问题,采用数值计算模拟了各种程度的各向异性。在界币各向异性系数变化中,平衡晶体形貌从光滑过渡到出现角部之间有一临界值,三维的临界值为0．3。小于临界值时,枝晶生长稳定,界面光滑;大于临界值时界面不稳定,出现耳子,生长不连续。随着各向异性系数的增大,在相同条件下枝晶生长得越快。     

镁合金焊缝凝固枝晶生长的相场法模拟分析

采用六重对称各向异性的Karma模型对镁合金焊缝凝固枝晶生长过程进行模拟,研究了晶核密度、晶核位置对枝晶生长的影响。结果表明:单枝晶生长时,晶核在优先生长方向上生长迅速,形成六重对称的枝晶形貌;多枝晶生长时,受生长空间的限制,枝晶形貌的对称性被严重破坏。当晶核密度较小时,晶核平均生长空间较大,晶核之间的相互影响较弱,形成六重对称枝晶形貌;当晶核密度较大时,晶核平均生长空间较小,晶核之间的相互影响加强,形成不规则枝晶形貌;当仅有2个晶核处于计算区域对角位置时,相对生长空间充足,六重对称枝晶形貌发达。     

纯Ni枝晶生长过程的相场法数值模拟

采用凝固过程相场模型,对纯Ni过冷熔体中的枝晶生长过程进行了计算模拟,研究了各向异性强度、过冷度、扰动等对枝晶生长的影响.结果表明:随着各向异性强度的增大,枝晶尖端生长速度加快,枝晶结构特征愈加明显;随着过冷度的增加,枝晶尖端稳定性遭到破坏,甚至出现分叉;扰动会促发侧向分枝的形成,但不影响枝晶尖端的稳态生长行为.     

镁合金枝晶生长的相场法研究

采用有限差分法求解考虑界面能各向异性的相场模型,对镁合金枝晶生长过程进行了模拟计算,研究了无量纲过冷度和各向异性强度对枝晶生长行为的影响。结果表明:镁合金枝晶在二维平面上具有6个最优生长方向,优先生长方向上枝晶生长迅速,形成枝晶主干,枝晶形貌具有六重对称性。随着过冷度和各向异性强度的增加,枝晶形貌由光滑的类六边形向具有侧向分支的六重对称形貌转变,温度扩散层由类球形向星形过渡,枝晶尖端生长速率增加,尖端曲率半径和温度值减小。     

过冷金属熔体中枝晶生长的相场法模拟

采用相场模型和有限差分法，模拟了过冷金属熔体的枝晶生长，系统研究相场模型中相场和温度场耦合系数（λ）、热扩散系数（DT）以及界面原子运动时间参数（T0）对枝晶形貌的影响。模拟结果表明，随着相场和温度场耦合系数的增大，晶粒形貌由紧实枝晶向海藻态转变；随着热扩散系数和界面原子运动时间参数的增大．晶粒形貌由光滑枝晶向紧实枝晶转变。     

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.     

铝铸件枝晶生长的相场方法模拟

利用相场法对纯铝进行了数值模拟，研究了噪声和各向异性等参数对晶粒形貌的影响。模拟结果与实验结果基本吻合。     

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。     

相场法模拟Al-4.5%Cu枝晶生长参数的优化

用相场法模拟了Al-4.5%Cu合金的等温枝晶生长过程,分析了网格尺寸、各向异性强度和界面厚度对枝晶生长过程的影响.计算结果表明:随着网格尺寸的减小,二次枝晶臂发达、枝晶尖端光滑;较低的各向异性会削弱枝晶生长的方向性,而较大的各向异性则导致误差噪声;界面厚度增加,则在二次枝晶臂上产生侧枝,但较小的界面厚度枝晶的生长服从于尖锐界面条件.本文给出了各参数的优化值.     

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。     

凝固过程小晶面枝晶生长的相场法模拟研究进展

基于Eggleston等人提出的小晶面枝晶生长的相场模型,阐述了国内外采用相场法模拟小晶面枝晶生长的研究现状,对不同的模拟结果进行了分析讨论。结果认为,相场模型的取值还存在较大的人为因素,需要设计相对理想、简单并且可以控制的试验,确定相场参数和实际材料及环境参数的精确联系,避免计算的人为因素,保证模拟结果的精确性。     

Fe-C合金等温凝固过程枝晶生长的相场法模拟

基于KKS模型,采用相场和溶质场耦合的方法,对Fe-0.5mol%C合金枝晶生长及溶质分布过程进行了数值模拟。结果表明,枝晶主轴比较发达,二次枝晶垂直于主轴生长;二次枝晶呈现相互平行生长的同时,也存在较为严重的相互竞争生长,且根部出现"颈缩"现象。随着二次枝晶的生长,甚至还出现了三次枝晶的生长。凝固过程中固相溶质浓度较低,而液相溶质浓度较高,固/液界面区域出现溶质富集现象,枝晶溶质浓度分布曲线的形貌与枝晶形貌互相对应。