枝晶生长的介观尺度三维数值模拟 2007.pdfVIP

( ) ISSN 清华大学学报 自然科学版 2007 年 第 47 卷 第 8 期 w 1 CN 112223N 　 ( ) , 2007, . 47, . 8 : . . . J T singhua U niv Sci T ech V o l N o h ttp qhxbw ch inajournal net cn 　 枝晶生长的介观尺度三维数值模拟 刘志勇, 　许庆彦, 　柳百成 (清华大学 机械工程系, 先进成形制造教育部重点实验室, 北京 100084) 摘　要: 为预测合金介观组织的形成与演变, 提出了改进的 Key words: dendr ite grow th; st ructu re sim u lat ion; dendr ite sh ap e 三维元胞自动机(CA ) 模型。该模型采用枝晶形状函数, 简化 funct ion; so lu te concen t rat ion field; cellu lar au tom aton 描述介观区域的枝晶生长轮廓; 利用基于Euler 角的空间坐 标转换, 描述随机晶向的多晶粒生长; 采用 H ash 表加速算 枝晶组织广泛存在于多种金属的凝固组织中, 法, 耦合了溶质场计算, 采用数值算法处理固液界面的溶质 并对材料性能起着举足轻重的影响, 因此对凝固过 再分配。该模型可模拟大范围随机取向的多晶粒生长过程, 程中的枝晶生长规律及演化的研究, 成为长期以来 并具有较高的计算效率。模拟结果表明: 不同模拟区域和网 [ 1 ] 各国学者感兴趣的热门领域之一 。借助数值模拟 格剖分尺寸对晶粒体积的分布规律没有明显影响; 较快冷 技术对金属凝固过程中枝晶组织的演化进行再现, 却速度下, 存在溶质富集和枝晶偏析。对 4 合金的砂型 A l Cu 显现出在有效进行组织性能预测及控制方面的巨大 和金属型试样的显微组织分别进行模拟, 结果与实验符合 应用潜力。近 20 年来, 凝固过程组织模拟的发展经 较好。 历了确定性方法、随机性方法和相场方法 3 个阶段。 关键词: 枝晶生长; 组织模拟;