扩散界面场变量模型模拟晶粒长大过程 被引量：9

1

作者 陈大钦 郑子樵 +1 位作者 刘祖耀 李世晨 《金属学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2003年第12期1238-1242,共5页

采用扩散界面场变量模型模拟二维晶粒长大的动力学过程,利用该模型可以避免常规方法中由于格点离散化带来的晶粒长大各向异性,并通过建立晶界能与梯度能量系数间的关系模拟得到了异常晶粒长大过程的微观组织演化图.模拟结果得出的晶粒... 采用扩散界面场变量模型模拟二维晶粒长大的动力学过程,利用该模型可以避免常规方法中由于格点离散化带来的晶粒长大各向异性,并通过建立晶界能与梯度能量系数间的关系模拟得到了异常晶粒长大过程的微观组织演化图.模拟结果得出的晶粒形态、动力学和拓扑学结构特征等与已有的实验结果和理论分析一致. 展开更多

关键词 扩散界面场变量模型 晶粒长大 晶粒拓扑结构 计算机模拟

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金属凝固过程中热动力学相场模型——相场变量扩散模型的推导 被引量：2

2

作者 丁恒敏 张铁桥 浦吕春 《热加工工艺》 CSCD 北大核心 2013年第9期48-50,共3页

相场方程用于模拟枝晶生长,已有近20年的历史。现有的相场方程是直接通过Ginzburg-Landau方程导出的,虽然得到了广泛应用,但方程中各个变量物理意义并没有搞清,国内外研究者甚至都作了许多错误的解读。本文以固相率作为相场变量,在坚实... 相场方程用于模拟枝晶生长,已有近20年的历史。现有的相场方程是直接通过Ginzburg-Landau方程导出的,虽然得到了广泛应用,但方程中各个变量物理意义并没有搞清,国内外研究者甚至都作了许多错误的解读。本文以固相率作为相场变量,在坚实的热力学、传热学基础理论上,给出了金属凝固过程中科学严谨的相变量扩散模型及其推导过程。 展开更多

关键词 枝晶生长 凝固过程 相场变量扩散模型 数学推导

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Ni_(59)Al_(22)V_(19)中熵合金异相界面结构及沉淀机制的微扩散相场法研究 被引量：1

3

作者 代宁波 赵宇宏 《航空材料学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期72-80,共9页

基于单晶格点原子占位几率描述相变过程的微扩散相场模型,从原子尺度上研究了Ni_(59)Al_(22)V_(19)中熵合金的异相界面结构与相变过程中合金微观组织演化。结果表明:Ni_(59)Al_(22)V_(19)中熵合金沉淀初期有L_(12)和少量的DO_(22)、L_(... 基于单晶格点原子占位几率描述相变过程的微扩散相场模型,从原子尺度上研究了Ni_(59)Al_(22)V_(19)中熵合金的异相界面结构与相变过程中合金微观组织演化。结果表明:Ni_(59)Al_(22)V_(19)中熵合金沉淀初期有L_(12)和少量的DO_(22)、L_(10)有序相的析出,随着时效过程进行,形成L_(12)与DO_(22)相并存的状态;在时效过程中出现了4种异相界面结构;相变初期,以A类界面结构为主,随着有序相的生长与分解,A类界面结构数量减少而D类结构数量增多;沉淀过程中有序畴界为L_(12)相生长提供Al原子,最终合金平衡体系形成;沉淀过程中γ′相的沉淀机制是等成分有序化和失稳分解机制,θ相的沉淀机制为失稳分解机制;除此之外,Ni_(59)Al_(22)V_(19)中熵合金孕育期随温度升高而时效时间变久;Ni-Al第一近邻原子间相互作用势随长程序参数增加而升高且与温度成正比关系。 展开更多

关键词 Ni_(59)Al_(22)V_(19)中熵合金 异相界面结构 微扩散相场法 有序相沉淀机制

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电荷输运相场模型二阶、线性、解耦、能量稳定的数值格式

4

作者 刘思福 潘明阳 《应用数学进展》 2024年第2期806-824,共19页

本文对电荷输运相场模型构造了一种新的二阶精度、 线性、 解捐、 无条件能量稳定的时间步进数 值格式。 首先,通过引入一个具有零能量贡献特征的常微分方程处理非线性捐合项。 其次,结合 标量辅助变量法处理 Cahn-Hilliard 方程中非线... 本文对电荷输运相场模型构造了一种新的二阶精度、 线性、 解捐、 无条件能量稳定的时间步进数 值格式。 首先,通过引入一个具有零能量贡献特征的常微分方程处理非线性捐合项。 其次,结合 标量辅助变量法处理 Cahn-Hilliard 方程中非线性势函数。 时间离散采用二阶向后差分公式,我 们严格证明了该格式下的无条件能量稳定性,并给出详细的解捐实现过程。 最后,通过几个数值 实验验证了所提出方案的准确性和有效性。 展开更多

关键词 相场模型 标量辅助变量法 无条件能量稳定性 有限差分

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相场法模拟应力时效过程中共格有序第二相的析出和粗化 被引量：4

5

作者 杨培勇 李世晨 +2 位作者 郑子樵 周明 王东林 《稀有金属材料与工程》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2007年第8期1341-1345,共5页

采用双场耦合条件下的宏观相场法,实现了模拟外加应力下无序基体中共格有序第二相的析出和粗化。结果发现,在外加应力下,第二相颗粒将发生定向粗化,形成筏状组织,成筏的方向取决于外加应力的性质、点阵错配的正负以及两相的弹性模量差... 采用双场耦合条件下的宏观相场法,实现了模拟外加应力下无序基体中共格有序第二相的析出和粗化。结果发现,在外加应力下,第二相颗粒将发生定向粗化,形成筏状组织,成筏的方向取决于外加应力的性质、点阵错配的正负以及两相的弹性模量差。沉淀体积分数越大,颗粒合并和反相畴界对沉淀形貌的影响越显著,导致许多颗粒呈现不规则形貌。颗粒的对齐有两种机制,一是链条外颗粒的溶解,一是颗粒的迁移。在粗化过程中,多颗粒体系首先通过前1种机制形成链条,然后通过第2种机制使链条进一步对齐。 展开更多

关键词 相场法(扩散界面场变量模型) 定向粗化 NI基合金

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连续相场模型在微观结构演化过程模拟中的应用 被引量：4

6

作者 张刘超 卢艳丽 +1 位作者 陈铮 周影影 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第7期122-126,共5页

简要介绍了连续相场方法,包括:连续界面近似;有保守场变量和非保守场变量组成的相场变量;微观结构演化的化学驱动力,如体自由能、界面能、弹性畸变能、外场能量等;连续相场模型中的动力学方程,其中保守场变量在时间和空间上的演化遵循Ca... 简要介绍了连续相场方法,包括:连续界面近似;有保守场变量和非保守场变量组成的相场变量;微观结构演化的化学驱动力,如体自由能、界面能、弹性畸变能、外场能量等;连续相场模型中的动力学方程,其中保守场变量在时间和空间上的演化遵循Cahn-Hilliard的非线性扩散方程,非保守场变量遵循Allen-Cahn弛豫方程;动力学方程的常见数值解法。最后还简要介绍了几种常见的相场模型。 展开更多

关键词 连续相场模型 微观结构演化 扩散界面近似计算机模拟

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利用相区场模型模拟凝固过程枝晶的生长——各向异性相区场模型的推导 被引量：3

7

作者 王君 孙加林 陆建生 《云南冶金》 2002年第5期36-40,共5页

凝固组织枝晶生长过程的机理和数值模拟一直是材料领域的研究热点。扩散界面模型中的相区场方法近来得到了广泛应用 ,文章给出了纯物质凝固过程相区场模型的数学推导过程 ,并结合变分方法将各向异性引入到模型中来。

关键词 枝晶生长 凝固过程 相区场模型 扩散界面模型 数学推导

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电迁移诱发夹杂形貌演化的相场模拟

8

作者 张嘉明 黄佩珍 《系统仿真技术》 2021年第4期226-230,共5页

集成电路的内连导线中不可避免地存在孔洞、夹杂等微缺陷。在不同的内在物理机制以及外界驱动力作用下,微缺陷会出现不同的形貌演化,甚至会失稳发生分裂,从而影响内连导线的各种性能。基于固体材料中微结构演化的基本理论框架,建立了电... 集成电路的内连导线中不可避免地存在孔洞、夹杂等微缺陷。在不同的内在物理机制以及外界驱动力作用下,微缺陷会出现不同的形貌演化,甚至会失稳发生分裂,从而影响内连导线的各种性能。基于固体材料中微结构演化的基本理论框架,建立了电迁移诱发界面扩散下夹杂演化的相场模型,采用有限单元法进行数值模拟。模拟结果表明,电迁移作用下,夹杂会沿电场方向发生漂移,且夹杂与基体的电导率之比越大对应的漂移速度越慢。随着电场强度的增大,电导率小的夹杂越容易发生分裂,且分裂所需的时间越短。随着初始形态比的增大,电导率小的夹杂越容易发生多次分裂,且分裂所需的时间越长;而电导率大的夹杂形貌越稳定,会逐渐形成电场方向上狭长的指状延伸。 展开更多

关键词 电迁移 界面扩散 相场模拟 有限单元法 夹杂

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金属增材制造的相场模拟现状及展望

9

作者 刘佳 高建宝 +3 位作者 李志诚 马飒 钟静 张利军 《铸造技术》 CAS 2023年第2期87-100,共14页

金属增材制造涉及传热与传质、相变、晶粒生长、熔体流动等多个复杂物理过程,实现其微结构演变的定量模拟难度大。相场法采用序参量描述气/液/固相、晶粒形状/取向等复杂微结构,且能直接引入描述各物理过程的场变量(如浓度、温度、熔体... 金属增材制造涉及传热与传质、相变、晶粒生长、熔体流动等多个复杂物理过程,实现其微结构演变的定量模拟难度大。相场法采用序参量描述气/液/固相、晶粒形状/取向等复杂微结构,且能直接引入描述各物理过程的场变量(如浓度、温度、熔体流速等),在金属增材制造过程微结构模拟方面显示出巨大优势。本文简要介绍了相场法的发展和分类,归纳了不同相场模型的特点,详细综述了不同相场模型在金属增材制造凝固过程中微结构演化模拟的研究进展,重点探讨了不同相场模型在金属增材制造领域应用的优势与局限性。最后,展望了相场法在金属增材制造领域的应用前景,并指出其发展方向。 展开更多

关键词 金属增材制造 相场法 有限界面耗散相场模型 微结构演化 合金设计

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陶瓷颗粒烧结致密化过程中微气孔的扩散与演化 被引量：7

10

作者 田军龙 高英俊 +1 位作者 罗志荣 黄创高 《广西科学》 CAS 2010年第4期332-336,共5页

用扩散界面相场模型研究陶瓷烧结过程中五球模型内部的气孔扩散与演化过程。采用一组随时间和空间连续变化的取向场变量和浓度场变量来表征烧结过程微结构特征,用Ginzburg-Laudau动力学方程和Cahn-Hilliard动力学方程分别描述取向场变... 用扩散界面相场模型研究陶瓷烧结过程中五球模型内部的气孔扩散与演化过程。采用一组随时间和空间连续变化的取向场变量和浓度场变量来表征烧结过程微结构特征,用Ginzburg-Laudau动力学方程和Cahn-Hilliard动力学方程分别描述取向场变量和浓度场变量随时间的演化。结果表明,陶瓷烧结过程中,颗粒间的气孔通过晶界向较大的气孔扩散聚集,颗粒内部的气孔则通过晶粒基体内部向颗粒间的空隙和颗粒外部空间扩散。陶瓷颗粒的气孔通过晶界或基体扩散到晶粒外部空间的过程,就是陶瓷坯体烧结的致密化过程。 展开更多

关键词 陶瓷烧结 气孔演化 扩散界面相场模型

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计算机模拟方法在晶粒长大过程研究中的进展 被引量：1

11

作者 郭敬杰 刘新田 李刚 《机械》 2006年第7期52-54,共3页

综述了晶粒长大过程模拟在国内外的研究进展,阐述了该研究领域主要采用的3种模拟方法(蒙特卡罗方法、元胞自动机法、扩散界面场变量模型方法),提出了该研究领域目前存在的问题及今后的研究方向。

关键词 蒙特卡罗方法 元胞自动机法 扩散界面场变量模型 晶粒长大 计算机模拟

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热压工艺对SiC_(f)/Ti复合材料界面反应层生长影响的数值模拟

12

作者 唐洪武 张晓敏 +1 位作者 赵志鹏 张恒嘉 《金属热处理》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期232-241,共10页

提出一个热-力-扩散-反应强耦合相场模型来研究热压烧结制备工艺对连续碳化硅纤维增强钛基复合材料中金属间化合物生长规律的影响。模拟结果表明,在两种不同温度下各个界面反应层(Ti_(3)SiC_(2)/Ti_(5)Si_(3)Cx/Ti_(5)Si_(3)Cx+TiC/TiC... 提出一个热-力-扩散-反应强耦合相场模型来研究热压烧结制备工艺对连续碳化硅纤维增强钛基复合材料中金属间化合物生长规律的影响。模拟结果表明,在两种不同温度下各个界面反应层(Ti_(3)SiC_(2)/Ti_(5)Si_(3)Cx/Ti_(5)Si_(3)Cx+TiC/TiC)的厚度生长与试验值吻合较好。增大外加压力能促进界面层厚度的生长,但对其中抗拉强度最低的Ti_(5)Si_(3)层的生长起显著的抑制作用,同时使各界面反应层由周向拉应力状态逐渐转变为压应力。温度的升高使断裂韧度最大的Ti_(3)SiC_(2)层厚度增大,但也使总界面层和Ti_(5)Si_(3)层的厚度增加。因此,在制备工艺上适当增加压力并选择合适的温度,得到厚度适宜的界面反应层的同时,尽可能使Ti_(5)Si_(3)层变薄和Ti_(3)SiC_(2)层变厚是提高SiCf/Ti复合材料力学性能的重要途径。 展开更多

关键词 SIC纤维增强钛基复合材料 热-力-扩散-反应耦合 相场法 界面层生长 热压烧结

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材料微结构演化的相场模拟 被引量：11

13

作者 王杰 李欣凯 +1 位作者 刘畅 石以诺 《固体力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第1期1-33,共33页

材料的各种宏观性能与其内部的微观结构密切相关,如何通过控制材料微结构的分布来提高其性能指标一直是工程界与学术界广泛关注的课题.由于场变量在界面的突变,传统的基于局部理论的突变界面模型在描述材料微结构演化方面存在一定的困难... 材料的各种宏观性能与其内部的微观结构密切相关,如何通过控制材料微结构的分布来提高其性能指标一直是工程界与学术界广泛关注的课题.由于场变量在界面的突变,传统的基于局部理论的突变界面模型在描述材料微结构演化方面存在一定的困难.基于非局部理论的相场法采用扩散界面的概念来描述界面,避开了理论上描述突变界面的困难,在模拟材料内部任意的组织形态和复杂的微结构演化方面具有独特的优点.论文首先介绍相场法的热力学理论基础,包括自由移动边界问题、扩散界面模型、非局部能量泛函、相场动力学方程及其常用求解方法.然后重点介绍铁电、铁磁和多铁性材料微结构演化的相场模拟,同时简要介绍相场法在软物质和锂离子电池材料微结构演化模拟中的应用,最后给出总结和展望. 展开更多

关键词 微结构演化 相场法 扩散界面 热力学 铁性材料 畴结构

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Fe_3Al/Q235异种材料真空扩散焊界面物理力学性能研究

14

作者 陈基勇 李亚江 王娟 《应用激光》 CSCD 北大核心 2003年第3期152-154,151,共4页

利用激光云纹干涉法对Fe3 Al/Q2 35异种材料真空扩散焊界面物理力学性能进行了研究 ,介绍了其实测试件的工作原理、实验技术 ,测得了U场V场原始条纹图 ,U场V场包络位相图 ,U场V场三维位移网络图。分析了实验结果 ,并对扩散焊界面的几何... 利用激光云纹干涉法对Fe3 Al/Q2 35异种材料真空扩散焊界面物理力学性能进行了研究 ,介绍了其实测试件的工作原理、实验技术 ,测得了U场V场原始条纹图 ,U场V场包络位相图 ,U场V场三维位移网络图。分析了实验结果 ,并对扩散焊界面的几何变形情况作力学分析 ,得到了其物理力学信息。对Fe3 Al/Q2 展开更多

关键词 云纹干涉法 裂纹/位移场 扩散焊 界面相结构 Fe3Al/Q235异种材料 物理力学性能 激光焊接

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Science China Technological Sciences 2021年64卷第12期中文摘要

15

《中国科学：技术科学》 EI CSCD 北大核心 2021年第12期I0001-I0004,共4页

热老化过程中调幅分解和G相析出的相场法模拟史佳庆,沈耀双相钢中的铁素体在热老化过程中发生调幅分解并析出G相,导致双相钢出现热老化脆性.本研究建立了一个三元(Fe-Cr-Ni)相场模型以同时模拟铁素体的调幅分解和G相析出.模型分别使用Ca... 热老化过程中调幅分解和G相析出的相场法模拟史佳庆,沈耀双相钢中的铁素体在热老化过程中发生调幅分解并析出G相,导致双相钢出现热老化脆性.本研究建立了一个三元(Fe-Cr-Ni)相场模型以同时模拟铁素体的调幅分解和G相析出.模型分别使用Cahn-Hilliard方程描述Cr和Ni的扩散,使用Ginzburg-Landau方程描述G相的长大.本模型可以再现类似实验中观察到的调幅分解结构,同时G相位于α-α’相界面处.本文讨论了调幅分解和G相长大之间的协同作用.模拟结果表明:G相可以通过挤占原本调幅分解可以发生的空间来促进调幅分解的演化;该体系的弹性应变能主要由G相引起,调幅分解的贡献较小.这些结果将有助于压水堆中双相钢的力学性能与结构完整性评估. 展开更多

关键词 弹性应变能 热老化 相场法 相场模型 调幅分解 双相钢 相界面 中文摘要

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