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基于元胞自动机方法的定向凝固枝晶竞争生长数值模拟

陈瑞 许庆彦 柳百成

基于元胞自动机方法的定向凝固枝晶竞争生长数值模拟

陈瑞, 许庆彦, 柳百成
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  • 通过耦合温度场模型、溶质扩散方程以及枝晶生长动力学方程等重要因素,建立了一种改进的元胞自动机模型. 该模型通过采用偏心算法消除网格各向异性,实现了二维尺度上任意角度枝晶生长的模拟,同时适用于模拟三维尺度上枝晶的生长过程. 利用建立的模型开展了定向凝固枝晶竞争生长过程的数值模拟. 为了体现本模型的有效性,模拟了透明合金的竞争生长过程,并与实验结果符合良好. 镍基高温合金汇聚竞争和发散竞争的模拟结果清楚地展现了不同抽拉速度和枝晶优先生长角度下枝晶的竞争生长过程,并且模拟结果与理论模型相符合. 三维枝晶生长的模拟结果表明本模型可以用来模拟三维枝晶一次臂间距的调整过程.
    • 基金项目: 国家重点基础研究发展计划(批准号:2011CB706801)、国家自然科学基金(批准号:51374137,51171089)、国家高技术研究发展计划(批准号:2007AA04Z141)和国家科技重大专项(批准号:2012ZX04012-041-04,2011ZX04014-052)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-02-16
  • 修回日期:  2014-05-16
  • 刊出日期:  2014-09-05

基于元胞自动机方法的定向凝固枝晶竞争生长数值模拟

  • 1. 清华大学材料学院, 先进成形制造教育部重点实验室, 北京 100084
    基金项目: 

    国家重点基础研究发展计划(批准号:2011CB706801)、国家自然科学基金(批准号:51374137,51171089)、国家高技术研究发展计划(批准号:2007AA04Z141)和国家科技重大专项(批准号:2012ZX04012-041-04,2011ZX04014-052)资助的课题.

摘要: 通过耦合温度场模型、溶质扩散方程以及枝晶生长动力学方程等重要因素,建立了一种改进的元胞自动机模型. 该模型通过采用偏心算法消除网格各向异性,实现了二维尺度上任意角度枝晶生长的模拟,同时适用于模拟三维尺度上枝晶的生长过程. 利用建立的模型开展了定向凝固枝晶竞争生长过程的数值模拟. 为了体现本模型的有效性,模拟了透明合金的竞争生长过程,并与实验结果符合良好. 镍基高温合金汇聚竞争和发散竞争的模拟结果清楚地展现了不同抽拉速度和枝晶优先生长角度下枝晶的竞争生长过程,并且模拟结果与理论模型相符合. 三维枝晶生长的模拟结果表明本模型可以用来模拟三维枝晶一次臂间距的调整过程.

English Abstract

参考文献 (28)

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