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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 被引量:9
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作者 石玉峰 许庆彦 柳百成 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2012年第10期455-462,共8页
在二元合金元胞自动机模型的基础上,通过耦合多元合金热力学相平衡求解器PanEngine,建立了三元合金改进的元胞自动机模型,可模拟初生相枝晶的生长过程.模型考虑了曲率过冷和成分过冷对界面平衡溶质成分的影响,通过不同组元的无量纲溶质... 在二元合金元胞自动机模型的基础上,通过耦合多元合金热力学相平衡求解器PanEngine,建立了三元合金改进的元胞自动机模型,可模拟初生相枝晶的生长过程.模型考虑了曲率过冷和成分过冷对界面平衡溶质成分的影响,通过不同组元的无量纲溶质过饱和度方程和界面溶质守恒方程之间的耦合来求解界面生长速率,并通过PanEngine计算界面处的液相线温度.采用本模型模拟了Al-7%Si-xMg三元合金自由枝晶的生长形态,结果表明Mg含量的增加会抑制枝晶一次臂的生长和二次臂的产生.同时模拟了不同抽拉速度下Al-7%Si-0.5%Mg合金柱状枝晶的竞争生长过程,随着抽拉速度的增大,柱状枝晶一次枝晶臂间距逐渐减小,与Hunt理论模型符合较好. 展开更多
关键词 改进元胞自动机 合金 枝晶生长
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定向凝固共晶生长的元胞自动机数值模拟 被引量:7
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作者 石玉峰 许庆彦 柳百成 《金属学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2012年第1期41-48,共8页
本文在已有的二元初生相元胞自动机(CA)方法的基础上,针对二元共晶凝固过程提出了改进的元胞自动机(MCA)模型.该模型考虑成分过冷和曲率过冷对界面形态的影响,通过界面溶质浓度守恒来获得共晶α相和β相生长速率,模拟了层片的湮灭、分... 本文在已有的二元初生相元胞自动机(CA)方法的基础上,针对二元共晶凝固过程提出了改进的元胞自动机(MCA)模型.该模型考虑成分过冷和曲率过冷对界面形态的影响,通过界面溶质浓度守恒来获得共晶α相和β相生长速率,模拟了层片的湮灭、分叉与稳态生长.为了验证模型的可靠性,对常见的CBr_4-C_2Cl_6共晶透明合金进行了模拟,研究了抽拉速率对共晶层片间距大小的影响,模拟结果与文献中的实验结果吻合良好;同时模拟了共晶层片间距调整过程的形貌演化以及层片振荡不稳定性现象.本文将MCA模型扩展到三维定向凝固过程中,研究了共晶形态的层棒状转变机制. 展开更多
关键词 改进元胞自动机 共晶层片稳定性 振荡不稳定性 层-棒状转变
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基于改进元胞自动机方法的强制对流作用下三维枝晶生长的数值模拟 被引量:6
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作者 石玉峰 许庆彦 柳百成 《稀有金属材料与工程》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第4期700-705,共6页
建立了一种改进的元胞自动机模型来模拟熔体对流条件下的二元合金三维枝晶的生长。模型中考虑了界面能各向异性和溶质扩散对固/液界面推移的影响,在同一套网格中耦合求解质量传输和液相流动方程,从而可以模拟溶质扩散和熔体对流之间的... 建立了一种改进的元胞自动机模型来模拟熔体对流条件下的二元合金三维枝晶的生长。模型中考虑了界面能各向异性和溶质扩散对固/液界面推移的影响,在同一套网格中耦合求解质量传输和液相流动方程,从而可以模拟溶质扩散和熔体对流之间的相互作用。使用该模型模拟了一定过冷度条件下,强制对流对Al-7%Si(质量分数,下同)合金三维枝晶生长形貌的影响。模拟结果表明,熔体强制对流导致迎流侧尖端溶质富集层减薄,枝晶生长出现了迎流生长现象。将模拟得到的溶质过饱和度与Oseen-Ivantsov解析解进行对比,当流速较大时两者吻合较好。同时模拟了三维和二维强制对流作用下枝晶生长形貌的演化,由于三维条件下对流使得熔体能够绕过垂直于对流方向的一次枝晶臂主干将溶质带到背流侧,而二维条件下只能绕过垂直方向一次臂的尖端,因此三维MCA模型能更准确地反映强制对流对枝晶生长的影响。 展开更多
关键词 改进元胞自动机 强制对流 三维枝晶生长
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不同择优生长取向角枝晶生长的数值模拟 被引量:1
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作者 石玉峰 许庆彦 柳百成 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第12期3468-3475,共8页
通过耦合溶质扩散方程,并考虑成分过冷和曲率过冷对界面平衡溶质成分的影响,建立改进的元胞自动机模型来模拟溶质扩散控制的立方晶系合金的枝晶生长过程。模型在计算固液界面生长速率时考虑立方晶系枝晶择优生长取向100的影响,同时采用... 通过耦合溶质扩散方程,并考虑成分过冷和曲率过冷对界面平衡溶质成分的影响,建立改进的元胞自动机模型来模拟溶质扩散控制的立方晶系合金的枝晶生长过程。模型在计算固液界面生长速率时考虑立方晶系枝晶择优生长取向100的影响,同时采用斜中心差分格式对界面生长速率方程进行离散,从而能够模拟择优生长取向与坐标轴成不同夹角的枝晶生长形貌演变。为验证模型的可靠性,模拟NH4Cl-H2O系透明合金单个等轴枝晶以及不同择优生长取向角的多个等轴枝晶和柱状枝晶的形貌演化,模拟结果与实验结果吻合较好。 展开更多
关键词 改进元胞自动机 择优生长取向 枝晶生长 数值模拟
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Simulation and experimental validation of three-dimensional dendrite growth 被引量:1
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作者 石玉峰 许庆彦 柳百成 《Transactions of Nonferrous Metals Society of China》 SCIE EI CAS CSCD 2012年第11期2756-2761,共6页
A three-dimensional (3-D) modified cellular automaton (MCA) method was developed for simulating the dendrite morphology of cubic system alloys. Two-dimensional (2-D) equations of growth velocities of the dendrit... A three-dimensional (3-D) modified cellular automaton (MCA) method was developed for simulating the dendrite morphology of cubic system alloys. Two-dimensional (2-D) equations of growth velocities of the dendrite tip, interface curvature and anisotropy of the surface energy were extended to 3-D system in the model. Therefore, the model was able to describe the morphology evolution of 3-D dendrites. Then, the model was applied to simulate the mechanism of spacing adjustment for 3-D columnar dendrite growth, and the competitive growth of columnar dendrites with different preferred growth orientations under constant temperature gradient and pulling velocity. Directional solidification experiments of NH4Cl-H2O transparent alloy were performed. It was found that the simulated results compared well with the experimental results. Therefore, the model was reliable for simulating the 3-D dendrite growth of cubic system alloys. 展开更多
关键词 modified cellular automation 3-D dendrite morphology dendrite growth directional solidification NH4Cl-H2O transparent alloy
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