相場法模擬對流對枝晶生長的影響.pdf

1、采用計算機建模和數(shù)值模擬建立材料微觀組織與材料加工工藝、材料性能間的聯(lián)系，實現(xiàn)對材料性能的預(yù)測和改善具有重要的工程意義和理論價值。對流影響凝固微觀組織形貌已是不容質(zhì)疑的事實。本文利用相場法微觀組織數(shù)值模擬技術(shù)，對強迫對流作用下的過冷純金屬凝固過程單枝晶、多枝晶的生長進行模擬，研究了不同模擬條件下的枝晶生長方式，探討了過冷純金屬熔體枝晶生長機制。 本文基于Tong相場模型發(fā)展得到的單相場控制多晶粒相場模型，采用相場、流場及溫度場三

2、場耦合的方法對純金屬鎳凝固過程中的枝晶生長進行了數(shù)值模擬。采用VisualC++6．0實現(xiàn)程序的計算，為了提高計算效率和節(jié)省計算時間，應(yīng)用直接差分去求解兩場方程，然后以．TXT方式輸出計算結(jié)果，最后利用Tecplot9．0實現(xiàn)模擬結(jié)果的可視化。 首先，通過分析比較有無強迫對流情況下單枝晶形貌的不同，得出對流作用下上游尖端生長速度最快，水平方向次之，下游尖端生長速度最慢；研究了單枝晶在不同擇優(yōu)生長方向有無對流時的枝晶形貌和尖端速度

3、。 其次，研究了強迫對流無擾動情況下對流速度、各向異性系數(shù)、過冷度及耦合系數(shù)對晶粒形貌的影響，計算了不同情況下的尖端生長速度。結(jié)果表明：對流作用下枝晶各尖端生長速率表現(xiàn)為對流速度越大，整個枝晶體積也越大，上游枝晶生長速度的優(yōu)勢越明顯；各向異性越大，各向主枝越細(xì)，當(dāng)各向異性大于0．07時，枝晶形貌發(fā)生變異失真；過冷度在純金屬枝晶生長過程中起著決定性的作用，隨著過冷度的增大，枝晶尖端速率是呈線性增大趨勢的；隨著耦合系數(shù)的增大，形貌由