NiCu合金枝晶生长相场法模拟及关键技术研究

【摘要】凝固过程中材料的微观组织形成与演化对材料的使用性能有着重要的影响，对凝固微观组织进行数值模拟，有助于深入理解材料微观组织的性质，优化金属铸件加工工艺。相场法采用扩散界面模型，由于不必跟踪固/液界面，在凝固过程微观组织形成的数值模拟中越来越受到重视。本文采用相场法模拟了纯Ni金属二维枝晶生长、三维枝晶生长以及定向凝固生长过程，并将温度场与溶质场同相场模型进行耦合，模拟了非等温条件下NiCu合金枝晶生长过程，系统的探讨了界面动力学相关参数对金属凝固过程枝晶生长的影响。界面原子运动时间参数表征原子由液相向固/液界面添加的快慢，当界面原子运动时间参数较小时，原子添加速度较快，固/液界面向液相推进速度加快，固/液界面前沿变的不稳定，扰动容易被放大，枝晶生长速度加快，并出现二次分支，随着界面原子运动时间参数的增大，扰动受到抑制，枝晶生长速度降低，枝晶呈现光滑的形貌。模拟得到的结果同微观可解析理论一致，验证了模拟的准确性。模拟过程中界面厚度不仅影响到枝晶模拟的真实性，又能影响数值计算的准确性。界面厚度较大时，容易引入误差噪声，扰动容易被放大，枝晶生长速度加快，枝晶形貌粗大并产生侧向分支，随着界面厚度的减小，误差噪声受到抑制，枝晶形貌光滑圆润，枝晶生长速度降低。误差噪声对模拟的最终结果影响很大，必须严格控制误差噪声。固/液界面热扩散系数比较小时，固相热扩散率较低，枝晶尖端生长速度较快，凝固潜热大量堆积在枝晶中下部，产生热扰动并诱发侧向分支；当固液界面热扩散系数较大时，固相热扩散率增大，凝固潜热可以较快的传递到枝晶上端，抑制了枝晶尖端的生长速度，热扰动受到抑制，枝晶形貌较为光滑。界面各向异性决定着晶粒以枝晶状进行生长，界面各项异性较大时，枝晶生长速度加快，扰动容易被放大，形成复杂的枝晶形貌；当界面各项异性系数较小时，扰动受到抑制，枝晶生长速度减小。
【作者】刘卫津；
【导师】赵宇宏；
【作者基本信息】中北大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】相场法；数值模拟；枝晶生长；NiCu合金；

【参考文献】
[1]汤琦.旅游地产购买行为影响因素研究[D].浙江工业大学,技术经济及管理,2013,硕士.
[2]李红岩.曲克芦丁对STZ糖尿病大鼠认知功能障碍及海马谷氨酸半胱氨酸连接酶亚单位GCLC、GCLM的影响[D].河北医科大学,内科学,2013,硕士.
[3]朱庆生,邹景华.基于本体论的论文检索[J].计算机科学,2005,05:172-173+176.
[4]郑文谦,郭小平.台湾私立大专院校经费筹措的途径及启示[J].教育评论.2006(06)
[5]单艳平.基于DIY理念的麻纤维陈设品设计研究[D].中南林业科技大学,工业设计工程,2014,硕士.
[6]仇崇斌.异丙隆和重金属镉复合污染对莱茵衣藻生物毒性的影响[D].南京农业大学,应用化学,2012,硕士.
[7]李博.七氟醚预处理对心肌缺血再灌注损伤保护作用及其对COX-2影响的相关研究[D].山西医科大学,临床医学（专业学位）,2013,硕士.
[8]李订芳,胡文超,章文.基于小波包的时间序列变点探测算法[J].控制与决策,2005,05:521-524.
[9]王晓东.风电系统动态稳定分析与计算[D].大连理工大学,控制工程,2003,硕士.
[10]郭会平.船体曲面分段建造过程中的精度控制研究[D].江苏科技大学,船舶与海洋工程,2013,硕士.
[11]程峰.MPEG-4中的多媒体传输整体框架（DMIF）研究与实践[D].合肥工业大学,计算机应用,2004,硕士.
[12]刘治宇.晚报类报纸法制新闻研究[D].黑龙江大学,新闻学,2012,硕士.
[13]张锐瑞.工科院校艺术类大学生的思想政治教育研究[D].武汉纺织大学,思想政治教育,2013,硕士.
[14]何沛鋆,施放.全面安全管理体系构建探索[J].现代营销(学苑版),2015,02:28-29.
[15]苏新凌.无线传感器网络干扰拓扑及其路由协议研究[D].广东工业大学,控制科学与工程,2013,硕士.
[16]常颖.高中生物教师学科知识需求的调查研究[D].东北师范大学,学科教学,2012,硕士.
[17]杨伟.严寒地区绿色村镇住宅建设评价指标构建的博弈分析[D].哈尔滨工业大学,管理科学与工程,2014,硕士.
[18]职亮亮.价值工程在B2C电子商务物流配送中的应用研究[D].北方工业大学,企业管理,2013,硕士.
[19]苏贝贝.个人信息保护立法模式探究[D].重庆大学,法律（专业学位）,2014,硕士.
[20]梁帅.基于粘滑驱动的精密定位台建模与控制[D].哈尔滨工业大学,机械电子工程,2014,硕士.
[21]阎恺.山区高速公路路侧事故特征分析与对策[D].长安大学,交通运输工程（专业学位）,2013,硕士.
[22]臧超.基于支持向量机的传感网络链路质量预测机制研究[D].南昌航空大学,控制工程（专业学位）,2013,硕士.
[23]李晋.完善高职院校内部两级管理研究[D].福建师范大学,公共管理（专业学位）,2012,硕士.
[24]董秀亚.基于思维导图的研究生个人知识管理研究[D].河北师范大学,教育技术学,2014,硕士.
[25]贾要丽.P16、RASSF1A和FHIT基因启动子甲基化在肺癌辅助诊断中的价值[D].郑州大学,内科学,2013,硕士.
[26]姚曦.梁山慈竹（Dendrocalamus farinosus）竹秆化学成分及生物活性研究[D].中国林业科学研究院,生态学,2014,博士.
[27]富祯祯.乌龙丹对慢性脑缺血大鼠钟基因及氨基酸类神经递质表达的影响[D].南方医科大学,中药学,2012,硕士.
[28]赵莹莹.基于ARM9的无线视频传输系统的研究[D].中北大学,控制工程,2014,硕士.
[29]王向辉.飘荡的诗的幽灵[D].河南大学,中国现当代文学,2004,硕士.
[30]姚明海,瞿心昱,李佳鹤,顾勤龙,汤丽平.基于ART2的Q学习算法研究[J].控制与决策,2011,02:227-232.
[31]魏凤君.多孔SnO_2纳米材料的合成及其气敏性能的研究[D].上海大学,环境工程,2014,硕士.
[32]朱云翠.任务与任务型教学：理论与实践探讨[D].东北师范大学,教育,2003,硕士.
[33]孙谷畴,赵平,曾小平,彭少麟.UV-B辐射对香蕉光合作用和不同氮源利用的影响[J].植物生态学报,2001,03:317-324.
[34]王环.养血祛风汤治疗寻常型银屑病血虚风燥证的临床观察[D].黑龙江中医药大学,中医外科学,2013,硕士.
[35]王作明,蚁伟民,余作岳,丁明懋.豆科树种回接根瘤菌的研究[J].植物生态学报,1996,04:363-370.
[36]向雅丽.《周易》“时”之研究[D].华东师范大学,中国哲学,2013,硕士.
[37]唐爱伟,滕枫,王元敏,周庆成,王永生.II-VI族半导体量子点的发光特性及其应用研究进展[J].液晶与显示,2005,04:302-308.
[38]包文强.铁路车站值班员工作负荷研究[D].西南交通大学,交通运输工程,2012,硕士.
[39]韩乐.种植修复全冠颊舌减径后的三维有限元分析[D].山西医科大学,口腔临床医学,2013,硕士.
[40]黄武龙.越南河内类风湿关节炎中医证候及相关因素研究[D].云南中医学院,中医内科学,2012,硕士.
[41]赵煌.近代社会观念冲突的透析[D].苏州大学,中国近现代史,2013,硕士.
[42]张旭泳.新型含磷环氧树脂固化剂的合成、表征及性能研究[D].湖南大学,化学工程与技术,2011,硕士.
[43]郭怀龙.IA期非小细胞肺癌合并特发性肺纤维化的术后生存分析[D].苏州大学,胸外科,2013,硕士.
[44]SwetlanaElert.文化和经济增长文献综述以及跨国家的实证研究[D].复旦大学,世界经济,2012,硕士.
[45]时雯.传热能力对光伏电池特性的影响[D].重庆大学,动力工程及工程热物理,2014,硕士.
[46]王一多.我国期货市场期权式交易策略研究[D].北方工业大学,数量经济学,2014,硕士.
[47]喻亚军.离网型光伏发电系统能量调配与实现[D].湖南大学,电子与通信工程,2013,硕士.
[48]芦佳.鼎祥小区物业管理系统的设计与实现[D].大连理工大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[49]李瑾璐.模糊数学在自杀研究中的应用[D].中南民族大学,社会学,2013,硕士.
[50]冯冬燕,孙怡然,于飞,李晨璐,李强,郭永福,白仁碧,马杰.石墨烯及其复合材料对水中重金属离子的吸附性能研究[J].功能材料,2015,03:9-15+22.