基于自由能变化的一种新的CA数值模型研究

基于晶体生长过程中的自由能变化,提出了一个新的模型来模拟枝晶生长。在新模型中,晶体生长由固-液界面处的自由能差来驱动,采用CA方法来跟踪新的界面单元。相对于KGT模型和溶质扩散型模型,该模型更加适合于难于寻找生长速度函数及生长过程基本无成分变化的晶体如金属间化合物等的微观组织模拟。新模型具有普适性。然后,基于新模型,构建了相应的算法并予以程序实现。在一个算法循环中,以当前计算单元为中心,同时考虑了计算网格中连续三层网格单元的状态-当前生长单元、生长单元的邻居单元、以及这些邻居单元的状态。计算结果与实际情况较为一致。

一个新的用于元胞自动机模拟微观组织的溶质分配模型及其计算验证

在已有的几种溶质再分配计算模型的基础上,建立了一个新的更为合理的溶质再分配模型.该模型充分考虑了枝晶生长过程中可能出现的固/液界面元胞的各种状态及其邻居元胞的各种状态,根据这两者的不同状态,分别建立不同的计算公式展开计算.利用所建立的模型消除了原有的扩散控制的元胞自动机(CA)生长模型存在的在晶界处元胞不凝固的缺陷.接着,为了进一步验证模型的可靠性,在Kurz-Giovanola-Trivedi方法控制的CA生长模型中引入新的溶质再分配计算模型,对Al-4.7 wt%Cu合金铸锭进行了模拟计算,并与实验结果进行了金相组织和成分分布两方面的对比,表明新模型具有较好的精确性.

基于体积平均法模拟铸锭凝固过程的可靠性分析

采用欧拉方法和体积平均思想,建立了以液相为主相、等轴晶和柱状晶视为两类不同第二相的三相模型,耦合凝固过程质量、动量、能量、溶质的守恒方程和晶粒的传输方程.以Al-4.7 wt.%Cu二元合金铸锭为例,模拟了合金铸锭二维的流场、温度场、溶质场、柱状晶向等轴晶转变过程以及等轴晶的沉积过程,并将模拟的铸锭组织和偏析结果与实验所得结果对比.温度场、流场和组织的模拟结果与理论基本一致,但由于模型没有考虑收缩以及浇注时的强迫对流,导致铸锭外层的偏析模拟值比实测值低,内层的模拟值比实测值高.所以收缩和逆偏析在模拟中是不可忽略的,这也是本文模型的改进方向.另外在所得模拟结果的基础上分析了体积平均法计算铸锭凝固过程的优点和不足之处.