文档介绍：兰州理工大学
硕士学位论文
相场法模拟对流对枝晶生长的影响
姓名:张殿喜
申请学位级别:硕士
专业:材料加工工程
指导教师:王智平
20090401
摘要采用计算机建模和数值模拟建立材料微观组织与材料加工工艺、材料性能间的联系,实现对材料性能的预测和改善具有重要的工程意义和理论价值。对流影响凝固微观组织形貌已是不容质疑的事实。本文利用相场法微观组织数值模拟技术,对强迫对流作用下的过冷纯金属凝固过程单枝晶、多枝晶的生长进行模拟,研究了不同模拟条件下的枝晶生长方式,探讨了过冷纯金属熔体枝晶生长机制。本文基于相场模型发展得到的单相场控制多晶粒相场模型,采用相场、〖扑闶奔洌用直接差分去求解两场方程,,通过分析比较有无强迫对流情况下单枝晶形貌的不同,得出对流作用下上游尖端生长速度最快,水平方向次之,下游尖端生长速度最慢;研究了单枝晶在不同择优生长方向有无对流时的枝晶形貌和尖端速度。其次,研究了强迫对流无扰动情况下对流速度、各向异性系数、过冷度及耦合系数对晶粒形貌的影响,计算了不同情况下的尖端生长速度。结果表明:对流作用下枝品各尖端生长速率表现为对流速度越大,整个枝晶体积也越大,上游枝时,枝晶形貌发生变异失真;过冷度在纯金属枝晶生长过程中起着决定性的作用,随着过冷度的增大,枝晶尖端速率是呈线性增大趋势的;随着耦合系数的增大,形貌由肥大枝晶状~瘦长枝晶状,当人为放大时,晶粒形貌失真,因此,耦合系再次,模拟了纯金属有无对流时多晶粒在不同择优方向上的生长形貌,结果表明,当晶粒彼此相向生长时,生长会彼此影响,不同晶粒的主枝会彼此抑制,使得某个晶粒的某一主枝长度比其他主枝长度小,而且主枝生长弯曲。另外加入噪声的情况下,促进二次枝晶的生长。本文的计算效率大大提高,能较真实的模关键词:相场法;对流;多晶粒;微观组织;枝晶;数值模拟;拟。采用实现模拟结果的可视化。晶生长速度的优势越明显;各向异性越大,各向主枝越细,当各向异性大于数的选取应由材料的热物性参数决定。拟凝固过程枝晶的生长过程。硕士学位论文
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慧聊叫导师签名:筑’、年多月夕作者签名:弓长殿垂兰州理工大学学位论文原创性声明和使用授权说明日期:赌晔侣咳年侣廊原创性声明学位论文版权使用授权书本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》,并通过网络向社会公众提供信息服务。日期:日硼矽
第滦髀课题的背景与意义世纪的今天,铸造仍是国民经济重要的产业部门,铸件在机械产品中占有很大比例。同时,铸造的产品质量不易保证、废品率较高的产业。在我国铸件的年产量超过万吨,居世界第二,。为了获得优质铸件,必须控制铸件的凝固过程。大部分材料,尤其是金属材料,在生产制备过程中均要经历由液态到固态的转变,即凝固过程。然而,由于影响凝固过程的因素很多,特别是它是一个涉及高温、合金相变和多实测资料为依据进行铸造工艺设计,控制铸件的凝固过程。铸件产品的最终机械性能,主要取决于凝固过程中形成的微观组织,对这一过程的理解在理论上和实际应用中都具有十分重要的意义。枝晶是铸造、焊接和热处理过程中形成的一种典型微观组织,它的形貌特征与金属制品的力学性能直接有关。另一方面,枝晶生长也是在非平衡物理系统中物质如何从简单的初始态演变成复杂形态的一个很好的研究实例。铸造过程所获得的枝晶组织的形貌及其亚程中的枝晶生长是获得理想铸件的关键,长期以来就为材料领域的研究工作者所关注。凝固过程中的对流效应对固/液相界面的生长机制有着重要影响,它不仅改变温度的分布及温度梯度,同时也对形核机理产生影响,影响溶质的分布及树枝状晶体的生长,自然对流对温度场和凝固组织的影响更是不容忽略。枝晶间的流解和掌握金属液对流对枝晶生长动力学的影响规律是对凝固显微组织进行有效