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二元合金凝固过程中树枝晶演变三维模拟

许林  
【摘要】:本文采用数值模拟方法研究了二元合金凝固过程中的组织演变,建立了耦合温度场、浓度场和相场的3DMicrosCA模型。从多个尺度对二元合金的凝固过程进行了模拟研究。这部分工作有助于深入理解凝固组织的形成,并为今后控制组织演变提供了理论基础。 本文主要包括以下内容: 1) 在对原有二维元胞自动机模型修改的基础上,向三维进行了扩展,结合直接差分法、蒙特卡罗方法和面向对象方法,构建3DMicrosCA模型。该模型详细阐述了三维元胞自动机模型的基本思想,为具体微观组织模拟建模提供理论和方法论上的支持。 2) 应用3DMicrosCA,耦合了温度场、浓度场方程,建立了3DMicrosCA-Solidification模型。该模型是金属凝固理论在3DMicrosCA模型中的实例化,有机集成了确定性模型和概率模型、宏观模型和微观元胞自动机模型。 3) 通过使用3DMicrosCA-Solidification模型,结合后处理软件进行三维组织形态的动态显示,建立了3DMicrosCA-Solidification模拟系统,实现了二元合金三维凝固微观组织演变过程的实时计算和可视化,为研究微观组织演变特性提供了一个虚拟实验室。 4) 采用一种不同的元胞自动机模型(Nastac模型)模拟了二维单个和多个晶粒的生长过程。 5) 针对二元合金(铝铜合金、铝硅合金)进行了一系列计算机试验,通过理论分析、与权威学者的模拟和实验结果比较检验了三维模型的正确性和适用条件。


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