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基于MeshTV界面重构算法的二元合金自由枝晶生长元胞自动机模型

魏雷 林鑫 王猛 黄卫东

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基于MeshTV界面重构算法的二元合金自由枝晶生长元胞自动机模型

魏雷, 林鑫, 王猛, 黄卫东

Cellular automaton model with MeshTV interface reconstruction technique for alloy dendrite growth

Wei Lei, Lin Xin, Wang Meng, Huang Wei-Dong
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  • 本文基于MeshTV界面重构算法, 发展了二元合金凝固自由枝晶生长的元胞自动机 (cellular automaton, CA) 模型. 通过采用MeshTV界面重构算法, 在细化的界面元胞内重构出了固液界面的位置. 在此基础上, 发展了一种同时适合描述纯物质与合金凝固界面生长的动力学模型. 与非界面重构的CA模型相比, 本文所发展的模型可以在较大的网格尺寸下实现模型的收敛, 同时网格各向异性不明显, 且能够反映界面能各向异性参数 对自由枝晶生长的影响. 在 =0.02时, 通过与描述自由枝晶生长的LGK理论模型相比较, 发现计算的枝晶尖端速度与LGK理论模型的预测符合较好, 而计算的枝晶尖端半径比LGK理论预测值大于约20%.
    In this paper, cellular automata (CA) model for free dendritic growth of alloy is presented, in which the interface cell is refined by MeshTV interface reconstruction algorithm. In the present CA model, the growth kinetic for both pure material and alloy is used. The effect of interfacial energy anisotropy parameter is validated in the CA model. The dendrite tip growth velocity and tip radius are compared with those of the LGK theoretical model, when =0.02.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 50771083 和50901061), 国家重点基础研究发展计划(973)(批准号: 2011CB610402), 高等学校学科创新引智计划(批准号: 08040)和 西北工业大学凝固技术国家重点实验室基金 (批准号: 02-TZ-2008)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 50771083 and 50901061), the National Basic Research Program of China (Grant No. 2011CB610402), the Programme of Introducing Talents of Discipline to Universities (Grant No. 08040), and the fund of the State Key Laboratory of Solidification Processing in NWPU (Grant No. 02-TZ-2008).
    [1]

    Boettinger W J, Coriell SR, Greer A L, Karma A, Kurz W, Rappaz M, Trivedi R 2000 Acta Metar. 48 43

    [2]

    Asta M, Beckermann C, Karma A, Kurz W, Napolitano R, Plapp M, Purdy G, Rappaz M, Trivedi R 2009 Acta Mater. 57 941

    [3]

    Huang S C, Glicksman M E 1981 Acta Metall. Mater. 29 701

    [4]

    Langer J S 1980 Rev. Mod. Phys. 52 1

    [5]

    Lipton J, Glicksman M E, Kurz W 1987 Metall. Trans. A 18A 341

    [6]

    Huang W D, Geng X G, Zhou Y H 1993 J. Crystal Growth 134 105

    [7]

    Lin X, Huang W D, Feng J, Li T, Zhou Y H 1999 Acta Mater. 47 3271

    [8]

    McFadden G B, Wheeler A A, Braun R J, Coriell S R 1993 Phys. Rev. E 48 2016

    [9]

    Ramirez J C, Beckermann C 2005 Acta Mater. 53 1721

    [10]

    Nastac L 1999 Acta Mater. 47 4253

    [11]

    Beltran Sanchez L, Stefanescu D M 2003 Metall. Mater. Trans. A 34 367

    [12]

    Beltran Sanchez L, Stefanescu D M 2004 Metall. Mater. Trans. A 35 2471

    [13]

    Zhu M F, Stefanescu D M 2007 Acta Mater. 55 1741

    [14]

    Dong H B, Lee P D 2004 Acta Mate. 53 659

    [15]

    Kremeyer K 1998 J. Computational Physics 142 243

    [16]

    Zhu M F, Lee S Y, Hong C P 2004 Phys. Rev. E 69 061610

    [17]

    Wang W, Lee P D, McLean M 2003 Acta Mater. 51 2971

    [18]

    Shan B W, Lin X, Wei L, Huang W D 2007 Advan. Mater. Res. 26--28 957

    [19]

    BROWN S G 1998 J. Mater. Sci. 33 4769

    [20]

    Zhu M F, Yu J, Hong C P 2004 Engineering Science 6 8 (in Chinese) [朱鸣芳, 于金, 洪俊杓 2004 中国工程科学 6 8]

    [21]

    Pan S Y, Zhu M F 2009 Acta Phys. Sinc. 58S278 (in Chinese) [潘诗琰, 朱鸣芳 2009 物理学报 58 S278]

    [22]

    Shan B W, Lin X, Wei L, Huang W D 2009 Acta Phys. Sin. 58 1132 (in Chinese) [单博炜, 林鑫, 魏雷, 黄卫东 2009 物理学报 58 1132]

    [23]

    Shan B W, Wei L, Lin X, Huang W D 2006 Foundry 55 439 (in Chinese) [单博炜, 魏雷, 林鑫, 黄卫东 2006 铸造 55 439]

    [24]

    Wei L, Lin X, Shan B W, Huang W D 2007 Proceedings of the 5th Decennial International Conference on Solidification Processing Sheffield, England, July, 2007 p53

    [25]

    Lin X, Wei L, Wang M, Huang W D 2010 Mater. Sci. Forum PRICM7 1528

    [26]

    Wei L, Lin X, Wang M, Huang W D 2011 Applied Physics A 103 123

    [27]

    Li Q, Li D Z, Qian B N 2004 Acta Phys. Sin. 53 3477 (in Chinese) [李强, 李殿中, 钱百年 2004 物理学报 53 3477]

    [28]

    Sun D K, Zhu M F, Yang C R, Pan S Y, Dai T 2009 Acta Phys. Sin. 58 S285 (in Chinese) [孙东科, 朱鸣芳, 杨朝蓉, 潘诗琰 2009 物理学报 58 S285]

    [29]

    Meredith J 2002 Genetic Algorithms and Genetic Programming at Stanford (Custom Publishing) p139

    [30]

    Noh W F, Woodward P R 1976 Lecture Notes in Physics (Berlin/New York: Springer-Verlag) p330

    [31]

    Parker B J, Youngs D L 1992 Technical Report 01/92 (Berkshire, U.K.: Atomic Weapons Establishment) p30

  • [1]

    Boettinger W J, Coriell SR, Greer A L, Karma A, Kurz W, Rappaz M, Trivedi R 2000 Acta Metar. 48 43

    [2]

    Asta M, Beckermann C, Karma A, Kurz W, Napolitano R, Plapp M, Purdy G, Rappaz M, Trivedi R 2009 Acta Mater. 57 941

    [3]

    Huang S C, Glicksman M E 1981 Acta Metall. Mater. 29 701

    [4]

    Langer J S 1980 Rev. Mod. Phys. 52 1

    [5]

    Lipton J, Glicksman M E, Kurz W 1987 Metall. Trans. A 18A 341

    [6]

    Huang W D, Geng X G, Zhou Y H 1993 J. Crystal Growth 134 105

    [7]

    Lin X, Huang W D, Feng J, Li T, Zhou Y H 1999 Acta Mater. 47 3271

    [8]

    McFadden G B, Wheeler A A, Braun R J, Coriell S R 1993 Phys. Rev. E 48 2016

    [9]

    Ramirez J C, Beckermann C 2005 Acta Mater. 53 1721

    [10]

    Nastac L 1999 Acta Mater. 47 4253

    [11]

    Beltran Sanchez L, Stefanescu D M 2003 Metall. Mater. Trans. A 34 367

    [12]

    Beltran Sanchez L, Stefanescu D M 2004 Metall. Mater. Trans. A 35 2471

    [13]

    Zhu M F, Stefanescu D M 2007 Acta Mater. 55 1741

    [14]

    Dong H B, Lee P D 2004 Acta Mate. 53 659

    [15]

    Kremeyer K 1998 J. Computational Physics 142 243

    [16]

    Zhu M F, Lee S Y, Hong C P 2004 Phys. Rev. E 69 061610

    [17]

    Wang W, Lee P D, McLean M 2003 Acta Mater. 51 2971

    [18]

    Shan B W, Lin X, Wei L, Huang W D 2007 Advan. Mater. Res. 26--28 957

    [19]

    BROWN S G 1998 J. Mater. Sci. 33 4769

    [20]

    Zhu M F, Yu J, Hong C P 2004 Engineering Science 6 8 (in Chinese) [朱鸣芳, 于金, 洪俊杓 2004 中国工程科学 6 8]

    [21]

    Pan S Y, Zhu M F 2009 Acta Phys. Sinc. 58S278 (in Chinese) [潘诗琰, 朱鸣芳 2009 物理学报 58 S278]

    [22]

    Shan B W, Lin X, Wei L, Huang W D 2009 Acta Phys. Sin. 58 1132 (in Chinese) [单博炜, 林鑫, 魏雷, 黄卫东 2009 物理学报 58 1132]

    [23]

    Shan B W, Wei L, Lin X, Huang W D 2006 Foundry 55 439 (in Chinese) [单博炜, 魏雷, 林鑫, 黄卫东 2006 铸造 55 439]

    [24]

    Wei L, Lin X, Shan B W, Huang W D 2007 Proceedings of the 5th Decennial International Conference on Solidification Processing Sheffield, England, July, 2007 p53

    [25]

    Lin X, Wei L, Wang M, Huang W D 2010 Mater. Sci. Forum PRICM7 1528

    [26]

    Wei L, Lin X, Wang M, Huang W D 2011 Applied Physics A 103 123

    [27]

    Li Q, Li D Z, Qian B N 2004 Acta Phys. Sin. 53 3477 (in Chinese) [李强, 李殿中, 钱百年 2004 物理学报 53 3477]

    [28]

    Sun D K, Zhu M F, Yang C R, Pan S Y, Dai T 2009 Acta Phys. Sin. 58 S285 (in Chinese) [孙东科, 朱鸣芳, 杨朝蓉, 潘诗琰 2009 物理学报 58 S285]

    [29]

    Meredith J 2002 Genetic Algorithms and Genetic Programming at Stanford (Custom Publishing) p139

    [30]

    Noh W F, Woodward P R 1976 Lecture Notes in Physics (Berlin/New York: Springer-Verlag) p330

    [31]

    Parker B J, Youngs D L 1992 Technical Report 01/92 (Berkshire, U.K.: Atomic Weapons Establishment) p30

  • [1] 钱黎明, 孙梦然, 郑改革. α相三氧化钼中各向异性双曲声子极化激元的耦合性质. 物理学报, 2023, 72(7): 077101. doi: 10.7498/aps.72.20222144
    [2] 张山, 张红伟, 苗淼, 冯苗苗, 雷洪, 王强. 高Cr铸铁中M7C3碳化物与奥氏体共生长的元胞自动机模拟. 物理学报, 2021, 70(21): 218102. doi: 10.7498/aps.70.20210725
    [3] 张士杰, 王颖明, 王琦, 李晨宇, 李日. 基于元胞自动机-格子玻尔兹曼模型的枝晶碰撞行为模拟. 物理学报, 2021, 70(23): 238101. doi: 10.7498/aps.70.20211292
    [4] 李路远, 阮莹, 魏炳波. 液态三元Fe-Cr-Ni合金中快速枝晶生长与溶质分布规律. 物理学报, 2018, 67(14): 146101. doi: 10.7498/aps.67.20180062
    [5] 梁经韵, 张莉莉, 栾悉道, 郭金林, 老松杨, 谢毓湘. 多路段元胞自动机交通流模型. 物理学报, 2017, 66(19): 194501. doi: 10.7498/aps.66.194501
    [6] 卢敏, 黄惠莲, 余冬海, 刘维清, 魏望和. 不同晶面银纳米晶高温熔化的各向异性. 物理学报, 2015, 64(10): 106101. doi: 10.7498/aps.64.106101
    [7] 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. 物理学报, 2014, 63(18): 188102. doi: 10.7498/aps.63.188102
    [8] 永贵, 黄海军, 许岩. 菱形网格的行人疏散元胞自动机模型. 物理学报, 2013, 62(1): 010506. doi: 10.7498/aps.62.010506
    [9] 张云鹏, 林鑫, 魏雷, 彭东剑, 王猛, 黄卫东. 界面能各向异性对定向凝固枝晶生长的影响. 物理学报, 2013, 62(17): 178105. doi: 10.7498/aps.62.178105
    [10] 潘诗琰, 朱鸣芳. 双边扩散枝晶生长的定量相场模型. 物理学报, 2012, 61(22): 228102. doi: 10.7498/aps.61.228102
    [11] 石玉峰, 许庆彦, 柳百成. 基于改进元胞自动机模型的三元合金枝晶生长的数值模拟. 物理学报, 2012, 61(10): 108101. doi: 10.7498/aps.61.108101
    [12] 张云鹏, 林鑫, 魏雷, 王猛, 彭东剑, 黄卫东. 用CA方法模拟界面能各向异性对胞晶生长形态的影响. 物理学报, 2012, 61(22): 228106. doi: 10.7498/aps.61.228106
    [13] 龙文元, 吕冬兰, 夏春, 潘美满, 蔡启舟, 陈立亮. 强迫对流影响二元合金非等温凝固枝晶生长的相场法模拟. 物理学报, 2009, 58(11): 7802-7808. doi: 10.7498/aps.58.7802
    [14] 单博炜, 林鑫, 魏雷, 黄卫东. 纯物质枝晶凝固的元胞自动机模型. 物理学报, 2009, 58(2): 1132-1138. doi: 10.7498/aps.58.1132
    [15] 臧渡洋, 王海鹏, 魏炳波. 深过冷三元Ni-Cu-Co合金的快速枝晶生长. 物理学报, 2007, 56(8): 4804-4809. doi: 10.7498/aps.56.4804
    [16] 郭四玲, 韦艳芳, 薛 郁. 元胞自动机交通流模型的相变特性研究. 物理学报, 2006, 55(7): 3336-3342. doi: 10.7498/aps.55.3336
    [17] 吴可非, 孔令江, 刘慕仁. 双车道元胞自动机NS和WWH交通流混合模型的研究. 物理学报, 2006, 55(12): 6275-6280. doi: 10.7498/aps.55.6275
    [18] 牟勇飚, 钟诚文. 基于安全驾驶的元胞自动机交通流模型. 物理学报, 2005, 54(12): 5597-5601. doi: 10.7498/aps.54.5597
    [19] 花 伟, 林柏梁. 考虑行车状态的一维元胞自动机交通流模型. 物理学报, 2005, 54(6): 2595-2599. doi: 10.7498/aps.54.2595
    [20] 李 强, 李殿中, 钱百年. 元胞自动机方法模拟枝晶生长. 物理学报, 2004, 53(10): 3477-3481. doi: 10.7498/aps.53.3477
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-06-01
  • 修回日期:  2012-05-10
  • 刊出日期:  2012-05-05

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