基于CA-FD模型的AlSi合金二維凝固組織數(shù)值模擬.pdf

1、液態(tài)金屬凝固是材料加工的重要手段之一，凝固后得到的組織直接決定著鑄件的使用性能。凝固過程涉及復(fù)雜的物理、化學(xué)變化：宏觀上伴隨著熱傳輸、動量傳輸、質(zhì)量傳輸；微觀上涉及形核、生長動力學(xué)等過程。由于凝固過程在高溫下發(fā)生，金屬不透明，實驗研究缺乏直觀有效的方法。計算機技術(shù)的提高使得用數(shù)值模擬方法研究凝固過程獲得很大發(fā)展，隨著宏觀模擬技術(shù)逐漸成熟，微觀組織模擬技術(shù)開始成為研究重點。
　　首先，利用元胞自動機（Celluar Automato

2、n）方法和顯式有限差分（Finite Difference）技術(shù)建立了枝晶生長CA-FD模型。模型在計算溶質(zhì)擴散的基礎(chǔ)上，綜合考慮形核、枝晶生長動力學(xué)、界面能效應(yīng)等因素，實現(xiàn)了在不預(yù)設(shè)晶核形狀的情況下，即可模擬出發(fā)達的枝晶。對CA-FD模型進行求解，研究了熔體過冷對枝晶形貌、成分分布的影響，并驗證了界面能穩(wěn)定效應(yīng)與溶質(zhì)截留現(xiàn)象；分別采用Von Neumann和Moore鄰居配置，模擬了擇優(yōu)取向為0°和45°的枝晶形貌；在考慮連續(xù)形核過程

3、的基礎(chǔ)上，模擬了多枝晶生長，有效避免了以前研究中對枝晶形貌的人為假設(shè)。
　　其次，通過與宏觀傳熱計算相耦合，開發(fā)了宏微觀耦合晶粒組織模擬系統(tǒng)。系統(tǒng)考慮了隨機形核、生長。研究六種不同元胞鄰居配置及捕獲規(guī)則下的單晶粒與多晶粒生長行為，并提出定量表征模型，將不同鄰居配置模型的模擬結(jié)果參數(shù)化，為模型的選擇提供了依據(jù)。
　　最后，開發(fā)了基于OpenCV的可視化程序，實現(xiàn)了計算過程中模擬結(jié)果實時顯示，并能對模擬結(jié)果進行保存，也可以導(dǎo)入之