相场方法模拟Ostwald熟化演变

摘要

在模拟微结构演化过程的各种方法中,相场方法具有很强的优势。这种方法用时间和空间函数定义的场变量来表示结构,场变量演化控制方程来源于经典的热力学和动力学理论的数值计算方法,用相或晶粒中的场变量来表示界面,从而不再区别母相与新相之间的界面,在数值化计算中也不再需要追踪界面位置。目前,相场方法的重要研究和最新结果的具体应用主要包括凝固、固态相变、晶粒长大、Ostwald熟化、界面运动和多相模拟。这些应用大多与Ostwald熟化有关,同时应用中元的体积分数高低不等。因此研究不同体积分数的Ostwald熟化的演变过程对材料形成起着一定指导作用。
　　本论文应用相场方法分别模拟了高低体积分数的Ostwald熟化演化过程,而且模拟了二元的Ostwald熟化演化过程。通过对模拟结果与现有实验结果的对比分析得出以下创新结果和结论:
　　1.通过已有的高体积分数的Ostwald熟化模拟过程与已有半固态实验结果的对比,采用畸变网格模型模拟不同应变力下的半固态加工过程,模拟结果与已有实验结果相符。
　　2.基于低体积分数的Ostwald熟化的非一般性,及在新材料中的广泛应用,建立新的模型模拟低体积分数的Ostwald熟化演化,采用与高体积分数的Ostwald熟化相同的数据分析方法得出,高低体积分数的Ostwald熟化中熟化相的形核长大方式都是均匀沉淀的熟化,但高体积分数的Ostwald熟化生长指数中动力学系数的变化幅度要大于在低体积分数的Ostwald熟化。
　　3.引用高体积分数的Ostwald熟化模型,建立二元Ostwald熟化模型,得出二元熟化相的最终模拟演化形式受初始液相浓度的大小和平均浓度的大小影响。
　　本论文所得结论在Ostwald熟化原理形成材料结构的研究领域起到一定指导作用,进而在一定程度上控制材料的结构特性。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2材料微结构的计算模拟方法

1.3传统相场法的应用举例

1.4 Ostwald 熟化理论

1.5研究意义和研究内容

第二章 相场模型及数值解法

2.1相场法理论

2.2计算机仿真模拟步骤和数值解法

2.3统计表征方法

2.4本章小结

第三章 相场方法模拟一元熟化相Ostwald熟化

3.1高体积分数的Ostwald熟化演变

3.2低体积分数的Ostwald熟化演变

3.3本章小结

第四章 相场方法模拟二元熟化相Ostwald熟化

4.1二元熟化相Ostwald熟化演变

4.2二元熟化相Ostwald熟化模型的建立

4.3二元熟化相Ostwald熟化模拟参数

4.4二元熟化相Ostwald熟化模拟结果与分析

4.5本章小结

第五章 总结

5.1总结

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研活动