捕获溶质扩散层边界法优化二维枝晶生长的相场法模拟.pdf

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1、种铸造及有色合金2014年第34卷第4期捕获溶质扩散层边界法优化二维枝晶生长的相场法模拟龙文元王刚尧军平王伟(南昌航空大学航空制造工程学院)摘要在枝晶生长相场法模拟中，提出了捕获溶质扩散层边界法进行算法的优化。即不必每一步对计算区域内所有网格进行计算，以通过减少计算循环次数来节省模拟计算时间。在二维网格z和Y方向上捕获离晶体中心最远溶质扩散层边界，计算时只对边界范围以内的网格进行计算。通过该方法可减少相场模型的计算时间，模拟二维枝晶生长的形貌和溶质场分布与优化前基本一致。关键词相场法，微观组织，

2、枝晶生长，溶质扩散层边界中图分类号TP311；TGll3．12文献标志码A文章编号1001—2249(2014)04—0378—03OptimizedSimulationofTwoDimensionalDendriticGrowthbyCapturingtheSoluteDiffusionLayer’SBoundaryLongWenyuan，WangGang，YaoJunping，WangWei(CollegeofAeronauticalManufacturingEngineering，Nanc

3、hangHangkongUniversity)Abstract：Themethodofcapturingthesolutediffusionlayer’Sboundarywasproposedintheprocessofdendriticgrowthsimulatingbythephase—fieldmethod．Itnotnecessarytocalculateallgridofcalculationarea，andthecomputationaltimecanbesavedbytheredu

4、ctionofcomputation’Sloop．Thesolutediffu—sionlayer’Sboundaryiscapturedinthedirectionoftwo—dimensionalgridandY．Thecalculationsareperformedonlyinthegridwithintheboundary，thereforethecalculationtimeofphase—fieldmodelisde—creasedgreatly．Thesimulationresul

5、tsofdendritemorphologyandthesolutefieldintwo—dimensionaldendriticgrowthareagreementwel1withthatbeforealgorithmoptimization．KeyWords：Phase-FieldModel，Microstructure，DendriteGrowth，SoluteDiffusionLayer’SBoundary由于经典尖锐界面理论在耦合扩散方程的同时，需点，再进行计算。要跟踪界面，有计算量过

6、大的缺陷]。而相场模型1相场模型(PFM)_2。可以在避免跟踪复杂固液界面的条件下模拟微观组织，所以得到广泛的重视和应用。在模拟枝晶相场法通过引入相场变量，来表示系统在时间和生长方面，相场方法较确定性方法和概率方法更具有优空间上的物理状态(声===1时表示固相；一0时表示液势。Karma等计算三维等轴晶生长时，在配置先进相；在固液界面上的值在0～1之间连续变化)。根据的工作站上计算时间达60～140h。因此如何更快、更Ginzburg—Landau自由能展开式所截取项的不同、热力有效率地模拟合金

7、微观组织枝晶生长，探索加速运算的学参数的选取以及双稳态势函数表达式的差异，可以导计算方法非常重要。Provatas等和Lan等用自出不同的相场方程。如胡卫英等通过参数优化探究适应有限元法计算了纯物质和合金凝固的二维相场模型。Heong等[8]以自适应有限元相场法模拟了强制对了不同过冷度、耦合系数、各向异性等条件下的枝晶生流条件下三维枝晶的生长过程。赵代平等用捕获液长形貌；陈志等。研究了相场参数对流速、过饱合度、态改进的相场方法对纯物质的三维枝晶生长进行了模耦合参数、各向异性对枝晶形貌生长的影响；

8、陈玉娟拟。赵达文等口。。和陈云等妇采用自适应有限元相场法等l_1]也利用强迫对流下相场参数取值，研究对枝晶生模拟了凝固枝晶的生长过程。本课题提出了捕获溶质长的影响。本课题采用龙文元等口¨提出的基于扩散层边界的计算方法：通过获得溶质扩散层的边界，Helmholtz自由能泛涵建立的二元合金相场模型，对溶重新校正界面空间并将溶质扩散层的边界设为界面节质扩散层边界法优化二维枝晶生长的相场进了模拟。收稿日期：2013-08—13；修改稿收到日期：2013—11—2O基金项目：国家自然科学基金资助项目(51