文档介绍：兰州理工大学
硕士学位论文
凝固微观组织相场法模拟
姓名:贾伟建
申请学位级别:硕士
专业:材料科学与工程
指导教师:王智平
20050501
凝固微观组织相场法模拟摘要本文在参考国内外涉及相场理论的文献基础上,对纯物质进行了基于熵函数相场模型推导工作;该模型考虑了界面的各向异性并在相场方程中引入了产生侧向分枝的扰动项。同时在本文中对所采用的合金的相场模型温度场控制方程进行了部分修正。然后基于有限差分均匀网格剖分技术利用相场模型进行了纯物质和二元单相合金过冷熔体中枝晶生长的微观组织数值模拟。为了了解相场模型中各种参数对于枝晶生长形貌的影响,研究了模型中过冷度,各向异性系数等参数对枝晶形貌的影响。结果表明模型中参数的确定在相场法模拟凝固微观组织的应用中具有非常重要的意义。在相场法凝固微观组织模拟的应用中,程序的计算量大和计算时间长严重限制了凝固微观组织数值模拟的应用。本文中采用一个随温度场变化而逐步放大的区域来进行运算,结果证明对提高相场法模拟的效率有着显著的效果。关键词:相场方法,微观组织,数值模拟,枝晶兰州理工大学硬士论文摘要
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导师签名:那作者耸名:秀缪澎作者签名:、本人声明,所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了论文中特别加以标注的部分以外,论文中不包含其他人已经发表的论文或研究成果。也不包含为获得兰州理工大学或其他单位的学位或证书而使用过的资料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。时间:年本人了解兰州理工大学有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留学位论文,允许学位论文被查阅和借阅;学校可以公布学位论文的全部或部分内容,可以采用复印、缩印或其他手段保存学位论文;学校可根据国家或甘肃省有关部门规定送交学位论文。
第一章文献综述铸造凝固过程计算机数值模拟的发展概况自年世界上第一台数字式电子计算机在美国发明以来,计算机技术在各个领域都获得惊人的发展。时至今日,计算机技术不仅带动高新技术的发展,而且在改造传统产业和基础工业中业扮演着极其重要的角色。铸造凝固过程的计算机数值模拟可以追溯到上个世纪年代。自从年丹麦的瓼第一个采用电子计算机数值模拟铸件凝固过程以来,为铸造工作者科学地掌握与分析铸造工艺过程提出了新的方法与思路,在全世界范围内产生了积极的影响,铸造工艺研究也进入了计算机时代。年,丹麦学者延邢差分近似法用于铸造凝固的理论研究中:年代,、缩松、热裂和偏析等缺陷,以确保获得高质量的铸件及铸锭。、由于计算机的高速计算能力,逻辑判断能力和人工智能化能力,使得计算机可以对各种工艺进行数值模拟:如充型过程流场,凝固过程的温度场及凝固后的组织形态等。可以提前比较和改善工艺,减少缺陷,降低产品废品率。由于用计算机进行铸件质量模拟预测,并没有进行实际生产实验,可以大量节省人力、物力、财力。尤其在对于不能进行产品试制,且要求一次投产可靠性サ拇笮图夯蛘叨源批量造型线生产时,要求浇冒口尺寸精确以节约金属时,应用计算机数值模拟方法比应用常规经验既来得方便又可以取得显著的经济效益。此外,由于铸造工艺实际一直建立在生产经验的基础上,通过实验,比较的方法来寻求最佳的工艺。到了世纪上半叶,也产生了一些通用简明的计算方法进行浇冒口设计,如内接圆法,的平方根定理,的模数法。虽然这些方法至今仍在起着重要的作用,但是由于不能对每一具体工况进行复杂的且带有大量热交换的传热计算,因而不能进行科学的工艺设计。这种设计必须涉及换热学,流体力学,凝固力学,凝固理论,计算数学,计算机语言学等知识,且只能在可以高速计算的计算机上进行,因而采用计算机数值模拟可以使铸造工艺设计从经验走向科学。随着计算机的逐步普及,用计算机技术改造传统铸造产业已成为一种趋势。铸造过程数值模拟技术在铸造领域的应用优化了产品结构、提高了产品质量、缩短了产品开发周期,从而推动铸造行业进入了一个新的发展阶段。正是由于上述优点,从年以来,工业发达国家美国、英国、德国、日本、法国等的优秀冶金铸造研究人员都开展了这方面的研究,掀起了一次次高潮。一方面他们凭借雄厚的财力物力,一直没有间断过从事凝固基础理论研究:从传热,传质到材料结晶过程的均质形核,非均质形核,到晶粒生长,组织转变等各个方面,为凝固研究奠定了坚实的基础。另一方面,由于研究中不断建立新的数学模型和判据,使得铸造行业的计算机模拟逐渐由基础研究走向实用化发展,并逐步成熟。模拟趋势也由简单到复杂、宏观到微观、定性模拟到定量计算,体现了工艺组织性能全方位油画的格局