本文選題：數(shù)值模擬 + 枝晶生長　； 參考：《材料導報》2017年20期

【摘要】：建立了三維格子玻爾茲曼方法(LBM)-元胞自動機(CA)耦合數(shù)值模型,并用該模型模擬研究了Al-4.7%Cu(質(zhì)量分數(shù))固溶體合金的凝固過程。該耦合模型采用元胞自動機方法模擬枝晶的生長,同時采用基于分子動力學理論的格子玻爾茲曼方法模擬合金凝固過程中的溫度場、流場以及溶質(zhì)場。模擬結(jié)果再現(xiàn)了合金凝固過程中的三維枝晶形貌變化以及溶質(zhì)富集過程,并將三維流場因素考慮進去,定量研究了自然對流、過冷度對單枝晶形貌和成分分布的影響。研究表明,在純擴散條件下,枝晶呈現(xiàn)對稱的生長現(xiàn)象,模擬自由枝晶穩(wěn)態(tài)生長的尖端速度、尖端半徑和過冷度的關(guān)系與Lipton-Glicksman-Kurz(LGK)理論模型吻合得較好。在自然對流條件下,枝晶的生長形貌呈現(xiàn)不對稱性,即枝晶生長在迎流方向上得到了促進,在順流方向上受到了抑制。熔體過冷度對枝晶生長的影響較大,過冷度的增加導致枝晶生長加快,二次枝晶增多且呈現(xiàn)出粗化現(xiàn)象,枝晶尖端固液界面處的溶質(zhì)濃度偏高,加重了溶質(zhì)偏析。
[Abstract]:A three dimensional lattice Boltzmann method coupled with LBMG-Cellular Automata (CAA) was established and the solidification process of Al-4.7Cu (mass fraction) solid solution alloy was simulated by the model. The coupling model uses cellular automata to simulate dendritic growth, and lattice Boltzmann method based on molecular dynamics theory to simulate the temperature field, flow field and solute field during solidification. The simulation results show that the three-dimensional dendritic morphology and solute enrichment process are reproduced during solidification, and the effects of natural convection and undercooling on the morphology and composition distribution of single branches are quantitatively studied by taking into account the three-dimensional flow field factors. The results show that the dendrite grows symmetrically under pure diffusion condition, and the relationship between the tip velocity, tip radius and undercooling of the steady state growth of free dendrite is in good agreement with the Lipton-Glicksman-Kurzman LGK model. Under the natural convection condition, the morphology of the dendrite is asymmetrical, that is, the dendritic growth is promoted in the direction of welcome flow and restrained in the direction of downstream flow. The effect of melt undercooling on dendritic growth is great. The increase of undercooling leads to the increase of dendritic growth, the increase of secondary dendrite and the coarsening of secondary dendrite. The solute concentration at the solid-liquid interface at the tip of dendrite is higher than that at the tip of dendrite, which exacerbates the solute segregation.
【作者單位】： 河北工業(yè)大學材料科學與工程學院;
【基金】：國家自然科學基金(51475138)
【分類號】：TG146.21

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本文編號：1903916