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过冷熔体中枝晶生长的相场法数值模拟 被引量:41
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作者 于艳梅 杨根仓 +3 位作者 赵达文 吕衣礼 A.Karma C.Beckermann 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2001年第12期2423-2428,共6页
利用相场法模拟了过冷纯金属熔体中的枝晶生长过程 ,研究了各向导性、界面动力学、热扩散和界面能对枝晶生长的影响 .结果表明 ,热噪声可以促发侧向分支的形成 ,但不影响枝晶尖端的稳态行为 ;随着各向异性的增加 ,枝晶尖端生长速度增加 ... 利用相场法模拟了过冷纯金属熔体中的枝晶生长过程 ,研究了各向导性、界面动力学、热扩散和界面能对枝晶生长的影响 .结果表明 ,热噪声可以促发侧向分支的形成 ,但不影响枝晶尖端的稳态行为 ;随着各向异性的增加 ,枝晶尖端生长速度增加 ,尖端半径减小 ;当界面动力学系数减小及在界面动力学系数小于 1的条件下热扩散系数减小时 ,枝晶尖端生长速度随之减小 ,而尖端半径相应增大 ;界面能趋于增大枝晶尺度并保持界面在扰动下的稳定 ,界面能越大 。 展开更多
关键词 枝晶生长 相场法 数值模拟 各向异性 界面动力学 过冷熔体
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二元合金微观偏析的相场法数值模拟 被引量:17
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作者 朱昌盛 王智平 +1 位作者 荆涛 肖荣振 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2006年第3期1502-1507,共6页
使用耦合溶质场的相场模拟研究了Ni-Cu二元合金枝晶生长过程中固相溶质扩散系数Ds对枝晶形貌和微观偏析等的影响.计算结果表明,随着Ds的减少,固液界面前沿溶质扩散层越薄,枝晶生长越有利,枝晶尖端生长的速度越大,侧向分支越发达;Ds越小... 使用耦合溶质场的相场模拟研究了Ni-Cu二元合金枝晶生长过程中固相溶质扩散系数Ds对枝晶形貌和微观偏析等的影响.计算结果表明,随着Ds的减少,固液界面前沿溶质扩散层越薄,枝晶生长越有利,枝晶尖端生长的速度越大,侧向分支越发达;Ds越小,固相中溶质成分的波动越强烈,随着Ds的增大,固相中溶质成分的波动相应减小;溶质微观偏析程度随Ds的增大而减小. 展开更多
关键词 相场方法 微观偏析 固相扩散系数 数值模拟
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外加应变对Ti-25Al-10Nb合金显微组织影响的相场法模拟 被引量:6
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作者 郭巍 宗亚平 +1 位作者 左良 王云志 《金属学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2006年第5期549-553,共5页
利用相场法研究了外加应变场对Ti-25Al-10Nb合金中α2→O相变组织的影响.研究表明,除了外加应变的大小之外,外加应变方向对O相析出组织也有明显影响.模拟得出,外加应变方向对O相体积分数的影响可达24%,外应变大小对 O相体积分数的影... 利用相场法研究了外加应变场对Ti-25Al-10Nb合金中α2→O相变组织的影响.研究表明,除了外加应变的大小之外,外加应变方向对O相析出组织也有明显影响.模拟得出,外加应变方向对O相体积分数的影响可达24%,外应变大小对 O相体积分数的影响可达60%.当沿着α2相的<21-10->方向施加单轴压应变且应变量εamp大于0.5εs(相变应变量)时,合金会形成α2+O相的全片层显微组织,有望显著改善合金的性能. 展开更多
关键词 TI-AL-NB合金 外加应变场 显微组织 相场法
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Numerical simulation of recalescence of 3-dimensional isothermal solidification for binary alloy using phase-field approach 被引量:8
4
作者 朱昌盛 肖荣振 +1 位作者 王智平 冯力 《中国有色金属学会会刊:英文版》 EI CSCD 2009年第5期1286-1293,共8页
A accelerated arithmetic algorithm of the dynamic computing regions was designed,and 3-dimensional numerical simulation of isothermal solidification for a binary alloy was implemented.The dendritic growth and the reca... A accelerated arithmetic algorithm of the dynamic computing regions was designed,and 3-dimensional numerical simulation of isothermal solidification for a binary alloy was implemented.The dendritic growth and the recalescence of Ni-Cu binary alloy during the solidification at different cooling rates were investigated.The effects of cooling rate on dendritic patterns and microsegregation patterns were studied.The computed results indicate that,with the increment of the cooling rate,the dendritic growth velocity increases,both the main branch and side-branches become slender,the secondary dendrite arm spacing becomes smaller,the inadequate solute diffusion in solid aggravates,and the severity of microsegregation ahead of interface aggravates.At a higher cooling rate,the binary alloy presents recalescence;while the cooling rate is small,no recalescence occurs. 展开更多
关键词 二元合金 等温凝固 数值模拟 三维 冷却速度 二次枝晶间距 微观形态 算法设计
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外应力对NiTi合金中共格Ni_4Ti_3沉淀相长大行为影响的相场法模拟 被引量:6
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作者 柯常波 马骁 张新平 《金属学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2010年第8期921-929,共9页
运用相场模型模拟了外加应力对NiTi形状记忆合金中Ni_4Ti_3沉淀相组织形貌及长大行为的影响.无外加应力作用的时效过程中,4组Ni_4Ti_3变体均沿着各自对应的(111)_(B2)惯习面从NiTi基体相中析出;而在〈111〉_(B2)方向施加压应力时,只有一... 运用相场模型模拟了外加应力对NiTi形状记忆合金中Ni_4Ti_3沉淀相组织形貌及长大行为的影响.无外加应力作用的时效过程中,4组Ni_4Ti_3变体均沿着各自对应的(111)_(B2)惯习面从NiTi基体相中析出;而在〈111〉_(B2)方向施加压应力时,只有一组Ni_4Ti_3变体从NiTi基体相中析出,其惯习面法线方向平行于外加应力方向;单轴压应力作用下时效时,Ni_4Ti_3形核数量明显增加.外加单轴压应力可促进Ni_4Ti_3变体的形核和长大,但并不改变变体的面积分数、长度、宽度以及长度-宽度比等参数随时效时间变化的趋势;压应力增大使变体长度及宽度均略微增加,但均小于无应力作用下的情形;变体的面积分数随外加应力的增大而增加.相场模拟结果与实验观察结果吻合较好. 展开更多
关键词 NITI形状记忆合金 Ni4Ti3沉淀相 动力学 相场法 外加应力场
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孔隙对NiTi形状记忆合金中B2-R相变影响的相场模拟 被引量:4
6
作者 柯常波 马骁 张新平 《金属学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2011年第2期129-139,共11页
建立了适用于孔隙NiTi合金中B2-R相变的相场模型,并用该相场模型研究了多孔NiTi合金中B2-R转变的微观组织演化过程以及孔隙率和孔尺寸对R相变体生长动力学行为的影响.多孔NiTi合金中R相变体以相互协调的方式形成"带状"的三维... 建立了适用于孔隙NiTi合金中B2-R相变的相场模型,并用该相场模型研究了多孔NiTi合金中B2-R转变的微观组织演化过程以及孔隙率和孔尺寸对R相变体生长动力学行为的影响.多孔NiTi合金中R相变体以相互协调的方式形成"带状"的三维结构和"鱼骨"状的二维组织,变体之间形成的孪晶面包括{101}_(B2)和{001}_(B2) 2种,4组变体相交于〈010〉_(B2);这些结果与致密NiTi合金B2-R相变过程相同.多孔NiTi合金中R相优先在孔周围形核,且较大的孔周围有较多的变体形核;R相变体的平均尺寸随孔隙率增大而逐渐减小,随孔径增大而增加;相对于规则圆孔,不规则孔隙可导致R相变体尺寸略微减小;变体的尺寸均匀性则随孔隙率增大而提高,但对孔径大小和孔形状不敏感;孔隙数量越多且孔径越小,则B2-R转变越倾向于产生均匀而细密的R相组织. 展开更多
关键词 多孔NITI形状记忆合金 B2-R相变 生长动力学 相场法 形貌演化
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过冷度影响海水结冰形状与速度的相场模拟 被引量:5
7
作者 白旭 杨苏杰 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期513-520,共8页
为了研究船舶结构结冰的微观机理,进行了模拟计算.基于Wheeler相场模型,使用有限差分法,对不同过冷度下海水凝固形状进行模拟.在模拟过程中,将海水视为盐和纯水的二元混合物,通过设置冰物理参数和引入晶核方式保证了冰晶生长的真实性.... 为了研究船舶结构结冰的微观机理,进行了模拟计算.基于Wheeler相场模型,使用有限差分法,对不同过冷度下海水凝固形状进行模拟.在模拟过程中,将海水视为盐和纯水的二元混合物,通过设置冰物理参数和引入晶核方式保证了冰晶生长的真实性.计算时,设置4个晶核模拟冰晶生长,讨论不同过冷度对冰晶生长的影响.结果表明:冰晶生长速度随过冷度增加而增加,且与过冷度变化呈线性关系.当无量纲过冷度小于0.85时,枝晶仅有少量分枝,且枝干较细.当无量纲过冷度大于0.85时,冰晶出现二级以上的多级分枝,且枝干明显变粗.当无量纲过冷度达到1.0时,分枝受到主枝挤压而减少,晶核之间最终被填满. 展开更多
关键词 相场法 海水结冰 冰晶生长 有限差分法
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基于相场法的水-力耦合作用下裂隙岩体变形破坏机理
8
作者 王扬淋 王俣 +1 位作者 刘思佳 寇苗苗 《土木与环境工程学报(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第5期211-220,共10页
探究水-力耦合作用下裂隙岩体的力学响应和破坏机制,对解决水-力耦合工况下岩体工程安全与稳定问题具有重要意义。基于Biot多孔介质理论及弹性理论,提出一种水-力耦合相场数值模拟方法,提出交错时间积分方案来获得流体压力和固体变形的... 探究水-力耦合作用下裂隙岩体的力学响应和破坏机制,对解决水-力耦合工况下岩体工程安全与稳定问题具有重要意义。基于Biot多孔介质理论及弹性理论,提出一种水-力耦合相场数值模拟方法,提出交错时间积分方案来获得流体压力和固体变形的稳定解,得到的控制方程式采用全饱和多孔介质弹性理论的体积应变分离和偏应变分离。通过模拟水力压裂与天然裂隙相互作用等数值算例验证了数值模型的有效性和正确性。此外,为探究实际工程开挖过程中的卸载破坏机理,结合钻孔注液试验数值实例,建立一个裂隙岩体水-力耦合卸载破坏模型,模拟水-力耦合条件下裂隙岩体卸荷破坏全过程。结果表明:在水-力耦合卸载破坏过程中,混合拉-剪裂纹的扩展和连接主导了最终破坏模式;初始围压、初始卸荷应力状态对剪切裂纹的发育具有促进作用,水压则反之。 展开更多
关键词 裂隙岩体 水-力耦合作用 卸载破坏机理 相场法 数值模拟
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A phase-field study on the oxidation behavior of Ni considering heat conduction 被引量:2
9
作者 Chao Wang Shigang Ai Daining Fang 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第5期881-890,共10页
Phase-field modeling approach has been used to study the oxidation behavior of pure Ni when considering heat conduction. In this calculation, the dependence of the coefficient of the Cahn–Hilliard equation Lc on the ... Phase-field modeling approach has been used to study the oxidation behavior of pure Ni when considering heat conduction. In this calculation, the dependence of the coefficient of the Cahn–Hilliard equation Lc on the temperature T was considered. To this end, high-temperature oxidation experiments and phase-field modeling for pure Ni were performed in air under atmospheric pressure at 600,700, and 800?C. The oxidation rate was measured by thermogravimetry and Lc at these temperatures was determined via interactive algorithm. With the Lc-T relationship constructed, oxidation behavior of Ni when considering heat conduction was investigated. The influence of temperature boundaries on the oxidation degree, oxide film thickness, and specific weight gain were discussed. The phase-field modeling approach proposed in this study will give some highlights of the oxidation resistance analysis and cooling measures design of thermal protection materials. 展开更多
关键词 High-temperature oxidation phase-field approach Heat conduction Thermogravimetry analysis NICKEL
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Semi-Implicit Spectral Deferred Correction Method Based on the Invariant Energy Quadratization Approach for Phase Field Problems 被引量:3
10
作者 Ruihan Guo Yan Xu 《Communications in Computational Physics》 SCIE 2019年第6期87-113,共27页
This paper presents a high order time discretization method by combining the semi-implicit spectral deferred correction method with energy stable linear schemes to simulate a series of phase field problems.We start wi... This paper presents a high order time discretization method by combining the semi-implicit spectral deferred correction method with energy stable linear schemes to simulate a series of phase field problems.We start with the linear scheme,which is based on the invariant energy quadratization approach and is proved to be linear unconditionally energy stable.The scheme also takes advantage of avoiding nonlinear iteration and the restriction of time step to guarantee the nonlinear system uniquely solvable.Moreover,the scheme leads to linear algebraic system to solve at each iteration,and we employ the multigrid solver to solve it efficiently.Numerical re-sults are given to illustrate that the combination of local discontinuous Galerkin(LDG)spatial discretization and the high order temporal scheme is a practical,accurate and efficient simulation tool when solving phase field problems.Namely,we can obtain high order accuracy in both time and space by solving some simple linear algebraic equations. 展开更多
关键词 phase field problems local discontinuous Galerkin method linear scheme invariant energy quadratization approach semi-implicit spectral deferred correction method
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Parameters affecting microsegregation in phase-field simulation 被引量:1
11
作者 朱昌盛 王智平 +1 位作者 荆涛 肖荣振 《中国有色金属学会会刊:英文版》 EI CSCD 2006年第4期760-765,共6页
The influence of various material and computational parameters such as interface kinetic coefficient(β), surface energy(σ), anisotropy parameter(γ) and the noise amplitude(α) upon microsegregation patterns during ... The influence of various material and computational parameters such as interface kinetic coefficient(β), surface energy(σ), anisotropy parameter(γ) and the noise amplitude(α) upon microsegregation patterns during the crystal growth was investigated by using the phase-field model which incorporated the concentration field equations. The computed results indicate that, when the appropriate value is assigned to α, the fluctuant scope of solute composition in the solid is steady, and the influence of α on microsegregation is small; the larger the interface kinetic coefficient β, the more acutely the solute composition in the solid fluctuates, but the severity of microsegregation in the front interface reduces; with the increment of anisotropy parameter γ, the fluctuation of solute composition in the solid becomes more acutely, and the severity of microsegregation in the front interface aggravates; the larger surface energy σ, the smaller the fluctuant scope of solute composition in the solid is, and the smaller the degree of microsegregation is. 展开更多
关键词 显微偏析 相场逼近 显微结构 数值模拟
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CHARACTERISTIC TEMPERATURES OF FIRST-ORDER FERROELECTRIC PHASE TRANSITION:EFFECTIVE FIELD APPROACH
12
作者 C.L.WANG C.ARAG M.I.MARQUÉS 《Journal of Advanced Dielectrics》 CAS 2012年第2期1-9,共9页
The explicit expression of Helmholtz free energy has been obtained from the equation of state from effiective field approach.From the Helmholtz free energy,four characteristic temperatures describing a first-order fer... The explicit expression of Helmholtz free energy has been obtained from the equation of state from effiective field approach.From the Helmholtz free energy,four characteristic temperatures describing a first-order ferroelectric phase transitions have been determined.The physical meaning of coe±cients in Landau-type free energy has been revealed by comparison with the expanding Helmholtz function.Temperature dependence of polarization under different bias,and hysteresis loops at different temperatures are presented and discussed.These results provide the basic understandings of the static properties of first-order ferroelectric phase transitions. 展开更多
关键词 FERROELECTRICITY phase transition effiective field approach
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Efficient numerical algorithms for the phase field crystal equation
13
作者 Qingqu Zhuang Shuying Zhai Zhifeng Weng 《International Journal of Modeling, Simulation, and Scientific Computing》 EI 2021年第5期178-192,共15页
In this paper,based on the Lagrange Multiplier approach in time and the Fourierspectral scheme for space,we propose efficient numerical algorithms to solve the phase field crystal equation.The numerical schemes are u... In this paper,based on the Lagrange Multiplier approach in time and the Fourierspectral scheme for space,we propose efficient numerical algorithms to solve the phase field crystal equation.The numerical schemes are unconditionally energy stable based on the original energy and do not need the lower bound hypothesis of the nonlinear free energy potential.The unconditional energy stability of the three semi-discrete schemes is proven.Several numerical simulations in 2D and 3D are demonstrated to verify the accuracy and efficiency of our proposed schemes. 展开更多
关键词 phase field crystal equation energy stable Lagrange Multiplier approach
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外加应力对Ti-25Al-10Nb合金显微组织几何特征的影响
14
作者 郭巍 宗亚平 左良 《材料与冶金学报》 CAS 2007年第1期39-44,49,共7页
利用相场法显微组织模拟研究了外加应力对Ti-25Al-10Nb(摩尔分数/%)合金中α2→O相相变所产生显微组织几何特征的作用.结果表明,当外加应力达到390MPa时,就开始对O相析出形貌具有显著作用.外加应力改变O相析出形貌是因为:(1)外加应力使... 利用相场法显微组织模拟研究了外加应力对Ti-25Al-10Nb(摩尔分数/%)合金中α2→O相相变所产生显微组织几何特征的作用.结果表明,当外加应力达到390MPa时,就开始对O相析出形貌具有显著作用.外加应力改变O相析出形貌是因为:(1)外加应力使O相析出的总量增加,(2)外加应力诱发取向有利的O相变体析出并抑制其它O相变体的析出.外加应力大小对O相析出平均尺寸的影响可达106%,并且O相析出的尺寸标准差随外加应力增加而显著增大. 展开更多
关键词 Ti—Al—Nb合金 外加应力 显微组织 相场法 几何特征
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相场断裂方法发展概况 被引量:11
15
作者 张豪 于继东 +4 位作者 裴晓阳 彭辉 李平 蔡灵仓 汤铁钢 《高压物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期125-136,共12页
相场断裂方法自 21世纪初开始发展以来,一直备受关注,在裂纹扩展模拟方面表现出了一定的特点,取得了一定的研究成果。本文分析了相场断裂方法较其他断裂模拟方法的优势,简单介绍了相场断裂方法的发展现状和发展趋势:目前脆性断裂相场方... 相场断裂方法自 21世纪初开始发展以来,一直备受关注,在裂纹扩展模拟方面表现出了一定的特点,取得了一定的研究成果。本文分析了相场断裂方法较其他断裂模拟方法的优势,简单介绍了相场断裂方法的发展现状和发展趋势:目前脆性断裂相场方法已较为成熟,能够模拟诸多脆性断裂中的经典问题,在此基础上正在朝着解决多场耦合情况下的断裂问题发展,且也取得了一定的研究成果。最后,简单介绍了延性断裂相场方法的发展现状,提出在该方向进行深入研究的展望。 展开更多
关键词 相场断裂方法 数值模拟 脆性断裂 延性断裂
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Implementation Details for the Phase Field Approaches to Fracture 被引量:2
16
作者 沈泳星 MOLLAALI Mostafa +2 位作者 李毅环 马维馨 蒋家皓 《Journal of Shanghai Jiaotong university(Science)》 EI 2018年第1期166-174,共9页
Phase field description of fracture is a very promising approach for simulating crack initiation, propagation, merging and branching. This method greatly reduces the implementation complexity, compared with discrete d... Phase field description of fracture is a very promising approach for simulating crack initiation, propagation, merging and branching. This method greatly reduces the implementation complexity, compared with discrete descriptions of cracks. In this work, we provide an overview of phase field models for quasistatic and dynamic cases. Afterward, we present useful vectors and matrices for the implementation of this method in two and three dimensions. 展开更多
关键词 phase field approach to fracture variational fracture brittle fracture dynamic fracture variational integrator
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连续相场模型在微观结构演化过程模拟中的应用 被引量:3
17
作者 张刘超 卢艳丽 +1 位作者 陈铮 周影影 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第7期122-126,共5页
简要介绍了连续相场方法,包括:连续界面近似;有保守场变量和非保守场变量组成的相场变量;微观结构演化的化学驱动力,如体自由能、界面能、弹性畸变能、外场能量等;连续相场模型中的动力学方程,其中保守场变量在时间和空间上的演化遵循Ca... 简要介绍了连续相场方法,包括:连续界面近似;有保守场变量和非保守场变量组成的相场变量;微观结构演化的化学驱动力,如体自由能、界面能、弹性畸变能、外场能量等;连续相场模型中的动力学方程,其中保守场变量在时间和空间上的演化遵循Cahn-Hilliard的非线性扩散方程,非保守场变量遵循Allen-Cahn弛豫方程;动力学方程的常见数值解法。最后还简要介绍了几种常见的相场模型。 展开更多
关键词 连续相场模型 微观结构演化 扩散界面近似计算机模拟
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断裂相场在循环塑性与疲劳分析中的应用 被引量:2
18
作者 孟莉 杨硕 沈泳星 《固体力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第3期334-344,共11页
断裂是结构失效的常见方式.论文在断裂相场模型的基础上应用疲劳退化函数,将断裂相场模型拓展到非线性等向强化本构的循环塑性加载.通过自编循环塑性本构与疲劳塑性相场MATLAB程序,实现了韧性断裂相场模型在疲劳裂纹扩展分析中的应用.... 断裂是结构失效的常见方式.论文在断裂相场模型的基础上应用疲劳退化函数,将断裂相场模型拓展到非线性等向强化本构的循环塑性加载.通过自编循环塑性本构与疲劳塑性相场MATLAB程序,实现了韧性断裂相场模型在疲劳裂纹扩展分析中的应用.运用此程序,分析了疲劳退化函数中的参数和缺口尺寸对疲劳裂纹扩展的影响.首先,研究发现疲劳退化函数参数与裂纹扩展速度具有正相关性.其次,通过分析研究裂纹扩展过程中的力-位移迟滞回线,发现随着裂纹的扩展,结构的刚度逐渐变小.同时,探讨了缺口尺寸对疲劳裂纹扩展的影响,研究发现缺口半径大的模型中,裂纹扩展更加迅速.本研究为相场模型在循环塑性领域的应用提供了强有力的工具. 展开更多
关键词 循环塑性 疲劳 断裂相场 退化函数
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Analytic equation of state for solids with multi-exponential potential based on analytic mean field potential approach and applied to the epsilon phase of solid oxygen
19
作者 王立国 孙久勋 杨维 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2008年第8期2867-2873,共7页
The thermodynamic properties of the ε phase of solid oxygen are studied by using the analytic mean field approach (AMFP). Analytic expressions for the Helmholtz free energy, internal energy and equation of state of... The thermodynamic properties of the ε phase of solid oxygen are studied by using the analytic mean field approach (AMFP). Analytic expressions for the Helmholtz free energy, internal energy and equation of state of solid oxygen have been derived based on the multi-exponential potential. The formulism for the case of double-exponential (DE) model is applied to the ε phase of solid oxygen. Its four potential parameters are determined through fitting the experimental compression data of the ε phase of solid oxygen. Numerical results of the pressure dependence of the volume calculated by using the AMFP are in good agreement with the original experimental data. This suggests that the AMFP is a useful approach to study the thermodynamic properties of the ε phase of solid oxygen. Furthermore, we predict the variation of the volume, lattice parameters and intermolecular distances with pressure, and some thermodynamic quantities versus volume, at several higher temperatures. 展开更多
关键词 analytic equation of state analytic mean field approach solid oxygen ε phase
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