相場(chǎng)法模擬對(duì)流對(duì)枝晶生長(zhǎng)的影響.pdf

1、采用計(jì)算機(jī)建模和數(shù)值模擬建立材料微觀組織與材料加工工藝、材料性能間的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)材料性能的預(yù)測(cè)和改善具有重要的工程意義和理論價(jià)值。對(duì)流影響凝固微觀組織形貌已是不容質(zhì)疑的事實(shí)。本文利用相場(chǎng)法微觀組織數(shù)值模擬技術(shù)，對(duì)強(qiáng)迫對(duì)流作用下的過(guò)冷純金屬凝固過(guò)程單枝晶、多枝晶的生長(zhǎng)進(jìn)行模擬，研究了不同模擬條件下的枝晶生長(zhǎng)方式，探討了過(guò)冷純金屬熔體枝晶生長(zhǎng)機(jī)制。 本文基于Tong相場(chǎng)模型發(fā)展得到的單相場(chǎng)控制多晶粒相場(chǎng)模型，采用相場(chǎng)、流場(chǎng)及溫度場(chǎng)三

2、場(chǎng)耦合的方法對(duì)純金屬鎳凝固過(guò)程中的枝晶生長(zhǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。采用VisualC++6．0實(shí)現(xiàn)程序的計(jì)算，為了提高計(jì)算效率和節(jié)省計(jì)算時(shí)間，應(yīng)用直接差分去求解兩場(chǎng)方程，然后以．TXT方式輸出計(jì)算結(jié)果，最后利用Tecplot9．0實(shí)現(xiàn)模擬結(jié)果的可視化。 首先，通過(guò)分析比較有無(wú)強(qiáng)迫對(duì)流情況下單枝晶形貌的不同，得出對(duì)流作用下上游尖端生長(zhǎng)速度最快，水平方向次之，下游尖端生長(zhǎng)速度最慢；研究了單枝晶在不同擇優(yōu)生長(zhǎng)方向有無(wú)對(duì)流時(shí)的枝晶形貌和尖端速度

3、。 其次，研究了強(qiáng)迫對(duì)流無(wú)擾動(dòng)情況下對(duì)流速度、各向異性系數(shù)、過(guò)冷度及耦合系數(shù)對(duì)晶粒形貌的影響，計(jì)算了不同情況下的尖端生長(zhǎng)速度。結(jié)果表明：對(duì)流作用下枝晶各尖端生長(zhǎng)速率表現(xiàn)為對(duì)流速度越大，整個(gè)枝晶體積也越大，上游枝晶生長(zhǎng)速度的優(yōu)勢(shì)越明顯；各向異性越大，各向主枝越細(xì)，當(dāng)各向異性大于0．07時(shí)，枝晶形貌發(fā)生變異失真；過(guò)冷度在純金屬枝晶生長(zhǎng)過(guò)程中起著決定性的作用，隨著過(guò)冷度的增大，枝晶尖端速率是呈線性增大趨勢(shì)的；隨著耦合系數(shù)的增大，形貌由