全域铸锭宏微观耦合的数值模拟研究
发布时间：2022-01-22 07:13
大型铸件宏观偏析的消除仍然是当前铸造工程的难点,要想真正解决此难题,必须把宏观场与微观组织在铸件全域内进行真实耦合,选择合适的微观组织数值模型是解决该问题的关键,本研究即针对该问题展开研究。首先,在前人关于CA（元胞自动机）研究的基础上,针对其中的KGT模型提出了一种新的捕获模型,根据枝晶尖端的生长长度来对邻居元胞进行选择性捕获,该模型能够有效地消除元胞的各向异性,弥补Zigzag模型中在捕获液态元胞时容易出现丢失现象的缺陷。其次,对CA方法的另一种生长模型即溶质扩散控制模型也进行了研究,并予以程序实现。溶质扩散模型的基本原理是,在凝固过程中,界面元胞通过不断地向邻居液相元胞排出溶质而完成进一步生长。本文的程序模拟结果与实验结果较为吻合。在上述两种CA模型的基础上,为了判定KGT模型和溶质扩散模型哪个更适合于宏观偏析的计算,在同一温度场下（先不考虑流场和应力场）,提出了三个判断准则:1)能够模拟出CET转化过程;2)能够计算出二次枝晶（便于预测A型偏析和V型偏析）;3)能够较准确地计算枝晶生长过程中的溶质分布。根据上述三个准则,通过对铝铜合金铸锭的微观组织模拟的对比,发现:1)在元胞为...
【文章来源】：河北工业大学天津市 211工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题的研究背景与意义
1.1.1 课题的研究背景
1.1.2 课题的研究意义
1.2 凝固过程微观组织的数值模拟方法
1.3 元胞自动机法的发展历程
1.3.1 元胞自动机法在国外的发展
1.3.2 元胞自动机法在国内的发展
1.4 本课题的研究目的、研究内容、研究思路
1.4.1 研究目的
1.4.2 研究内容
1.4.3 研究思路
1.5 本章小结
第二章 铸锭凝固过程中宏微观耦合的数学模型
2.1 温度场模型
2.1.1 热量传输的基本方式
2.1.2 宏观温度场计算
2.1.3 微观温度场计算
2.1.4 宏微观温度场耦合
2.2 形核模型
2.3 生长及捕获模型
2.3.1 过冷度的分析
2.3.2 KGT生长及其捕获模型
2.3.3 溶质扩散控制生长及其捕获模型
2.4 溶质场模型
2.4.1 溶质扩散模型
2.4.2 溶质再分配模型
2.5 本章小结
第三章 面向宏观偏析计算的微观组织CA模型的确定
3.1 实验原理与过程
3.1.1 实验原理
3.1.2 实验过程
3.2 模拟计算
3.2.1 模拟参数设置
3.2.2 温度场模拟
3.2.3 两种生长模型微观网格为 100μm×100μm时的模拟结果分析
3.2.4 两种生长模型微观网格为 10μm×10μm时的模拟结果分析
3.3 模拟结果与实验结果对比
3.4 本章小结
第四章 带二次枝晶臂的枝晶定向凝固过程研究
4.1 浇注温度的影响
4.2 熔体内部形核过冷度的影响
4.3 冷却速率的影响
4.4 本章小结
第五章 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
攻读学位期间所取得的相关科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]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[J]. 李日,沈焕弟,冯长海,潘红,冯传宁. 物理学报. 2013(18)
[2]三维枝晶生长数值模拟及实验验证(英文)[J]. 石玉峰,许庆彦,柳百成. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2012(11)
[3]基于改进元胞自动机模型的三元合金枝晶生长的数值模拟[J]. 石玉峰,许庆彦,柳百成. 物理学报. 2012(10)
[4]基于MeshTV界面重构算法的二元合金自由枝晶生长元胞自动机模型[J]. 魏雷,林鑫,王猛,黄卫东. 物理学报. 2012(09)
[5]对流作用下枝晶形貌演化的数值模拟和实验研究[J]. 石玉峰,许庆彦,柳百成. 物理学报. 2011(12)
[6]三维溶质枝晶生长数值模拟[J]. 潘诗琰,朱鸣芳. 物理学报. 2009(S1)
[7]纯物质枝晶凝固的元胞自动机模型[J]. 单博炜,林鑫,魏雷,黄卫东. 物理学报. 2009(02)
[8]CA-LBM模型模拟自然对流作用下的枝晶生长[J]. 杨朝蓉,孙东科,潘诗琰,戴挺,朱鸣芳. 金属学报. 2009(01)
[9]元胞自动机模型模拟枝晶一次间距的选择[J]. 单博炜,黄卫东,林鑫,魏雷. 金属学报. 2008(09)
[10]铸造镁合金的枝晶生长模拟[J]. 刘志勇,许庆彦,柳百成. 金属学报. 2007(04)
博士论文
[1]基于胞元自动机方法的凝固过程微观组织数值模拟[D]. 陈晋.东南大学 2005
[2]金属凝固过程微观模拟研究[D]. 王同敏.大连理工大学 2000
硕士论文
[1]Al-Si合金凝固组织的数值模拟[D]. 陈光友.武汉科技大学 2009
本文编号：3601769
【文章来源】：河北工业大学天津市 211工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题的研究背景与意义
1.1.1 课题的研究背景
1.1.2 课题的研究意义
1.2 凝固过程微观组织的数值模拟方法
1.3 元胞自动机法的发展历程
1.3.1 元胞自动机法在国外的发展
1.3.2 元胞自动机法在国内的发展
1.4 本课题的研究目的、研究内容、研究思路
1.4.1 研究目的
1.4.2 研究内容
1.4.3 研究思路
1.5 本章小结
第二章 铸锭凝固过程中宏微观耦合的数学模型
2.1 温度场模型
2.1.1 热量传输的基本方式
2.1.2 宏观温度场计算
2.1.3 微观温度场计算
2.1.4 宏微观温度场耦合
2.2 形核模型
2.3 生长及捕获模型
2.3.1 过冷度的分析
2.3.2 KGT生长及其捕获模型
2.3.3 溶质扩散控制生长及其捕获模型
2.4 溶质场模型
2.4.1 溶质扩散模型
2.4.2 溶质再分配模型
2.5 本章小结
第三章 面向宏观偏析计算的微观组织CA模型的确定
3.1 实验原理与过程
3.1.1 实验原理
3.1.2 实验过程
3.2 模拟计算
3.2.1 模拟参数设置
3.2.2 温度场模拟
3.2.3 两种生长模型微观网格为 100μm×100μm时的模拟结果分析
3.2.4 两种生长模型微观网格为 10μm×10μm时的模拟结果分析
3.3 模拟结果与实验结果对比
3.4 本章小结
第四章 带二次枝晶臂的枝晶定向凝固过程研究
4.1 浇注温度的影响
4.2 熔体内部形核过冷度的影响
4.3 冷却速率的影响
4.4 本章小结
第五章 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
攻读学位期间所取得的相关科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]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[J]. 李日,沈焕弟,冯长海,潘红,冯传宁. 物理学报. 2013(18)
[2]三维枝晶生长数值模拟及实验验证(英文)[J]. 石玉峰,许庆彦,柳百成. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2012(11)
[3]基于改进元胞自动机模型的三元合金枝晶生长的数值模拟[J]. 石玉峰,许庆彦,柳百成. 物理学报. 2012(10)
[4]基于MeshTV界面重构算法的二元合金自由枝晶生长元胞自动机模型[J]. 魏雷,林鑫,王猛,黄卫东. 物理学报. 2012(09)
[5]对流作用下枝晶形貌演化的数值模拟和实验研究[J]. 石玉峰,许庆彦,柳百成. 物理学报. 2011(12)
[6]三维溶质枝晶生长数值模拟[J]. 潘诗琰,朱鸣芳. 物理学报. 2009(S1)
[7]纯物质枝晶凝固的元胞自动机模型[J]. 单博炜,林鑫,魏雷,黄卫东. 物理学报. 2009(02)
[8]CA-LBM模型模拟自然对流作用下的枝晶生长[J]. 杨朝蓉,孙东科,潘诗琰,戴挺,朱鸣芳. 金属学报. 2009(01)
[9]元胞自动机模型模拟枝晶一次间距的选择[J]. 单博炜,黄卫东,林鑫,魏雷. 金属学报. 2008(09)
[10]铸造镁合金的枝晶生长模拟[J]. 刘志勇,许庆彦,柳百成. 金属学报. 2007(04)
博士论文
[1]基于胞元自动机方法的凝固过程微观组织数值模拟[D]. 陈晋.东南大学 2005
[2]金属凝固过程微观模拟研究[D]. 王同敏.大连理工大学 2000
硕士论文
[1]Al-Si合金凝固组织的数值模拟[D]. 陈光友.武汉科技大学 2009
本文编号：3601769
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