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《半固態(tài)球狀枝晶形成過程的相場法數(shù)值模擬》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、學(xué)校代碼：10406分類號：TG111.4學(xué)號：130085201032南昌航空大學(xué)碩士學(xué)位論文(專業(yè)研究生)半固態(tài)球狀枝晶形成過程的相場法數(shù)值模擬碩士研究生：李碩導(dǎo)師：龍文元申請學(xué)位級別：碩士學(xué)科、專業(yè)：機(jī)械工程所在單位：航空制造工程學(xué)院答辯日期：2015年12月授予學(xué)位單位：南昌航空大學(xué)PhasefieldsimulationofSemisolidsphericaldendriticformationprocessADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterOnMechanicalEngineeringbyLiShuoUndertheSuperv
2、isionofProf.LongWenyuanSchoolofAeronauticalManufacturingEngineeringNanchangHangkongUniversity,Nanchang,ChinaSeptember,2015摘要半固態(tài)成型技術(shù)的關(guān)鍵在于半固態(tài)漿料的制備，而半固態(tài)漿料制備中球狀組織的形成和球狀組織的演化過程一直是物理學(xué)家和材料學(xué)家們研究的熱點(diǎn)。微觀組織的結(jié)構(gòu)形貌決定了材料的組織性能，深入研究半固態(tài)凝固過程中枝晶生長演變對進(jìn)一步提高材料性能有重要作用。相場法作為一種比較成熟的數(shù)值模擬方法，可以有效模擬平衡狀態(tài)下微觀枝晶組織形成過程。本文以KKS相場模型為基礎(chǔ)
3、，建立相場與流場和溶質(zhì)場相藕合的相場模型，結(jié)合半固態(tài)組織特點(diǎn)，引入晶核自旋，并對質(zhì)量和動量控制方程進(jìn)行求解。根據(jù)控制方程的特點(diǎn)采用不同的離散方法進(jìn)行求解。最后編制求解程序，求解離散的控制方程。通過Origin9.0數(shù)據(jù)分析軟件分析程序運(yùn)算數(shù)據(jù)得出可視化結(jié)果，從而分析枝晶生長過程和各因素對枝晶形貌和溶質(zhì)分布的影響。本文分別對二元合金和三元合金進(jìn)行了數(shù)值模擬，探究半固態(tài)球狀組織的形成過程。研究結(jié)果表明：晶核自旋是枝晶由樹枝狀向薔薇狀進(jìn)而向球狀轉(zhuǎn)化的重要因素。流場作用下熔體沖刷枝晶，使被沖刷面枝晶加速生長，而未被沖刷面枝晶抑制生長，晶核自旋使這種促進(jìn)與抑制作用周期性對換，枝晶在各個(gè)方向上基本共同
4、生長，流速的增加和過冷度的增大都加快了枝晶的生長，從而進(jìn)一步促進(jìn)枝晶向薔薇狀轉(zhuǎn)化最后形成球狀組織；枝晶自旋角速度的增加使枝晶臂彎曲程度加大進(jìn)而使枝晶有明顯旋向生長趨勢；不論是對二元合金還是三元合金，流速的增加都會促使晶粒的較快生長，并且二次枝晶臂生長尤為明顯；初始溫度的降低使枝晶凝固時(shí)的過冷度增大，進(jìn)而加快了合金中溶質(zhì)的擴(kuò)散速度，枝晶生長隨之加快；關(guān)鍵詞：相場法，枝晶自旋，半固態(tài)，球狀枝晶，數(shù)值模擬IAbstractThekeyofsemi-solidformingtechnologyisthepreparationofthesemi-solidslurry,andtheformation
5、ofglobularstructureisahotresearchtopicintheresearchofphysicistsandmaterialsscientists.Themorphologyofthematerialmicrostructuredeterminesthepropertiesofmaterials.Tostudytheprocessofthedendriticgrowthisimportanttoimprovingmaterialproperties.Thephasefieldmethod,asamaturenumericalsimulationmethod,cane
6、ffectivelysimulatetheformationprocessofthemicrostructureintheequilibriumstate.Inthispaper,theKKSphasefieldmodelisthefundamental,andthephasefieldmodelcoupledtheflowfieldandthesolutefield.Withthecharacteristicsofsemisolidstructure,thenucleispinisintroduced,andsolvingthemassandmomentumcontrolequation
7、s.Thecontrolequationsaresolvedbydifferentdiscretemethod.Finally,solvingthediscretecontrolequationsbyprogrammingsolution.ThroughthedataanalysissoftwareoftheOrigin9.0toanalysistheoperationdatas,andcomingoutthevisua
