[01040133]铝合金铸件机械性能模拟研究

三维相场方法能够直接模拟枝晶形貌，是微观组织模拟研究的热点问题。课题研究和发展了适合铝合金试件微观组织模拟的三维相场模型。模型包括相场控制方程、能量守恒方程、溶质守恒方程、以及连续形核模型，引入了界面能及界面厚度各向异性。模型能够适用于单晶粒和多晶粒的模拟。为提高运算效率，提出了界面捕获液态单元算法，使用假定的平衡界面校正捕获单元的相场变量值。定量研究了过冷度、耦合系数以及各向异性系数等参数对晶粒形貌的影响，分析了不同枝晶形貌和海藻状形貌的产生和转化原因。同时研究了生长速度与晶粒形貌及相场参数的联系，分析了枝晶生长尖端的分叉及边枝的产生原理。采用界面捕获液态算法加速相场计算，宏微观温度场耦合避免试件全场微观单元划分，以IRIX C为程序运行平台，开发了并行计算三维单晶粒和多晶粒生长的模拟程序，并对铝合金试件进行模拟，初步实现了铝合金试件三维局部区域的微观组织模拟。为验证所建立的三维相场模型，浇注了铝合金试样，并对金相分析和数值计算结果进行了比较。为观测三维模拟结果，开发了由模拟结果到STL 文件，再输入到UG平台显示的后处理技术路线，该方法可以得到满意的后处理效果。