合金枝晶生長相場法模擬的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、微觀組織數(shù)值模擬對金屬材料的發(fā)展和應用有著重要意義，也是計算機應用于材料科學領域的主要發(fā)展方向之一。微觀組織數(shù)值模擬的方法主要有：確定性方法、隨機方法及相場法。其中相場法是一種用于描述在非平衡狀態(tài)中復雜相界面演變強有力的工具，不需要跟蹤復雜固液界面，就可實現(xiàn)模擬金屬凝固過程中枝晶生長的復雜形貌，是目前凝固組織模擬的國際前沿研究領域。
　　本文基于金茲堡－朗道相變理論，分別建立了一個以熵增原理的二元合金相場模型和自由能減小原理的純物

2、質(zhì)相場模型，并在薄界面限制條件下，建立了相場參數(shù)與材料熱物性參數(shù)的關(guān)系；采用基于均勻網(wǎng)格的有限差分離散控制方程，網(wǎng)格剖分采用了雙重網(wǎng)格法。數(shù)值計算時，為了避免時間步長的限制，提高計算效率，相場和溶質(zhì)場控制方程采用了用顯式算法，即向前Euler法；溫度控制方程則采用交替方向隱式法（ADI算法）。
　　分析了各向異性對平衡形貌的影響，發(fā)現(xiàn)在界面各向異性系數(shù)變化中，這之間有一臨界值，二維的臨界值為0.067；建立了引入各向異性的二維相場

3、模型，并對二維各向異性項進行了離散；分別對二維界面能各向異性進行了數(shù)值模擬，得到了模擬結(jié)果與理論分析結(jié)果基本相符；在大于臨界值時，相場模型模擬出的結(jié)果出現(xiàn)了失真。
　　在相場模型的基礎上推導了噪聲的數(shù)學模型，給出了相場噪聲和溫度場噪聲的數(shù)學方程；從理論上分析了相場模型中噪聲的引入，提出了三種噪聲引入的方法；對噪聲產(chǎn)生側(cè)向分支進行了模擬，發(fā)現(xiàn)熱噪聲能夠引發(fā)枝晶側(cè)向不穩(wěn)定,是側(cè)向分支形成的主要起因。
　　模擬了不同過冷度下純鎳凝