【摘 要】
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该文发展了二维相场模型,该模型包括连续形核模型、二维相场控制方程、溶质守恒方程、动量守恒方程、连续性方程以及能量守恒方程.同时考虑了表面能各项异性和界面过冷的影响
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该文发展了二维相场模型,该模型包括连续形核模型、二维相场控制方程、溶质守恒方程、动量守恒方程、连续性方程以及能量守恒方程.同时考虑了表面能各项异性和界面过冷的影响,并引入热扰动模拟枝晶分枝的产生.与其他学者的模型相比,该文发展的模型更具一般性.在纯物质三维尖锐界面相场模型基础上考虑溶质守恒和界面过冷影响建立了二元合金三维弥散界面相场模拟.该模型中考虑了动力学各向异性和表面能各向异性的影响,同时为了模拟枝晶分枝的产生机理在能量守恒方程中加入了热扰动影响项.为了减少三维计算的规模,节约计算时间,提出了"薄液相区"的处理方法.为了对实际的铝合金凝固过程进行模拟,必须进行宏微观耦合计算,提出用插值方法实现宏微观场之间的耦合,使得针对实际凝固条件进行微观组织模拟成为可能.由于宏微观耦合的需要,在已有研究基础上用BC++开发完成了微机版的充型过程数值模拟实用化软件,该软件的成功开发提高了宏观温度场的计算精度,为宏微观耦合打下了基础.为了验证充型过程模拟软件的准确性,进行了浇注实验验证以及基推测试验证.为了验证所建立的二维相场模型以及宏微观耦合方法,进行了铝合金试棒的浇注试验.试验件模拟结果和实验结果的比较表明,两者关于枝晶形貌以及二次枝晶臂平均间距大小吻合较好.同时在对柱状晶生长的模拟中也发现了与实际一致的生长现象.研究表明:所发展的二维相场模型可以较好地模拟组织的形貌.三维相场模型计算结果与国外学者结果相比,由于引入热扰动,更符合实际的生长现象.
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