金屬枝晶生長的相場法數(shù)值模擬.pdf

1、在金屬凝固過程中,對枝晶生長過程的數(shù)值研究,是當今材料學領(lǐng)域的一個重要分支,其研究結(jié)果對有效地控制金屬材料的生長過程有一定的實際指導意義。本文從下面幾個方面展開研究。
　　 ⑴基于Ginzburg-landau相變理論,利用了相場和溫度場的控制方程；利用相場序參量φ,來區(qū)分固體,液體以及固／液界面；利用顯式差分方法,在時間上用一階向前差分,在空間上用二階中心差分,對相場和溫度場的控制方程進行差分。
　　 ⑵對相場和溫度場

2、,進行了二維數(shù)值模擬,得到了二維相場和溫度場圖像；并進一步,模擬了相場和溫度場方程中的控制參數(shù)的改變,對枝晶形貌的影響；為了定性的分析枝晶的形貌改變,通過分析計算,對枝晶尖端半徑和枝晶尖端速度進行了定性模擬,得到了隨時間變化的曲線,發(fā)現(xiàn)了隨著時間的延長枝晶的尖端半徑不斷減小,最后趨于穩(wěn)定的現(xiàn)象,以及枝晶的尖端速度隨時間的延長迅速減小,并趨于穩(wěn)定的現(xiàn)象。
　　 ⑶通過引入“噪音”的影響,模擬了取不同界面動力學參數(shù)時,各向同性的多個

3、枝晶共同定向競爭生長,得到了枝晶在競爭生長中“優(yōu)勝劣汰”的結(jié)論；并進一步模擬了在非Neumann邊界條件下,多個枝晶定向生長的枝晶形態(tài)結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)過冷熔體凝固的固體最終會填滿整個模擬區(qū)域；為了定性的分析不同界面動力學參數(shù)對枝晶生長速度影響,通過數(shù)值計算,模擬了隨時間變化的固相率。
　　 ⑷在二維數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上,對過冷熔體的凝固進行了三維數(shù)值模擬。為了模擬三維等軸晶的生長,對二維相場和溫度場的控制方程進行了改進,并利用顯式方法對相