铝合金凝固过程微观组织模拟技术研究

摘要

材料成形加工技术正在向着精确成形的方向发展,这就必须用计算机等新技术来改变铸造业的面貌.本文采用计算机数值模拟技术对铝合金铸件的枝晶生长过程进行了仿真,研究了不同模拟条件下的枝晶生长方式,探讨了其枝晶生长机制.这对于优化工艺设计,预测缺陷,保证质量,缩短周期,提高产品的市场竞争能力有重要的作用.本文以金属凝固理论为基础,利用相场法微观组织数值模拟技术,考虑界面各向异性和噪声,推导了二维基础上模拟纯铝铸件微观组织的相场模型.基于均匀网格的有限差分法,编制了纯铝枝晶生长的相场法数值模拟程序;研究了空间剖分步长、初始晶核半径、各向异性系数和过冷度对模拟结果的影响,确定了这些关键参数的取值范围.本文以Visual Fortran 6.0作为编程语言的软件开发工具,在微机上在开发了在Windows 2000环境下运行的具有自主权的模拟程序.该程序能够较好的模拟纯铝铸件的微观组织枝晶生长方式.

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第一章绪论

1.1选题目的和意义

1.1.1选题目的和意义

1.2国内外微观组织模拟的研究发展现状及趋势

1.2.1国内外微观组织模拟的研究发展现状

1.2.2国内外微观组织模拟的研究发展趋势

1.3微观组织的数值模拟方法

1.3.1传统模拟方法

1.3.2现代模拟方法

1.4本文的研究工作

第二章相场理论及模型

2.1两种界面模型

2.1.1明锐界面模型

2.1.2扩散界面模型

2.2相场模型

2.2.1纯物质相场模型

2.3各向异性

2.4扰动

2.5本章小结

第三章相场模型的数值求解

3.1数值计算方法的选择

3.2初始条件和边界条件

3.3数值计算

3.3.1相场方程的数值计算

3.4差分方程的稳定性条件

3.5程序开发工具的选择及实现的流程图

3.6本章小结

第四章纯铝枝晶生长的相场法模拟及结果分析

4.1扰动对枝晶形貌的影响

4.1.1不加扰动的枝晶形貌

4.1.2加扰动的枝晶形貌

4.2参数对枝晶生长的影响

4.2.1初始晶核半径对枝晶生长的影响

4.2.2空间步长对枝晶生长的影响

4.2.3各向异性系数对枝晶生长的影响

4.2.4过冷度对枝晶生长的影响

4.3本章小结

第五章结论

参考资料

攻读学位期间发表的文章

致谢