【摘 要】
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材料性质在很大程度上依赖于材料的微结构,控制和预测微结构演化在材料设计中至关重要.同时伴随材料的生长,在其内部会产生很大的内应力,因此能有效预测和模拟微结构演化过程中应力和非均匀材料性质的变化规律对有效地设计和加工材料有重要意义.本文提出一个新的相场模型,该模型同时考虑了与时间相关的相场,温度场及应力场的演化,并在平面应交假设下模拟了枝晶的生长过程.本模型的特点是采用弹塑性本构关系进行应力分析,考
【机 构】
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天津大学机械工程学院力学系,天津,300072 天津商业大学机械工程学院包装系,天津,300072
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材料性质在很大程度上依赖于材料的微结构,控制和预测微结构演化在材料设计中至关重要.同时伴随材料的生长,在其内部会产生很大的内应力,因此能有效预测和模拟微结构演化过程中应力和非均匀材料性质的变化规律对有效地设计和加工材料有重要意义.本文提出一个新的相场模型,该模型同时考虑了与时间相关的相场,温度场及应力场的演化,并在平面应交假设下模拟了枝晶的生长过程.本模型的特点是采用弹塑性本构关系进行应力分析,考虑了热膨胀、凝固及应力对相变的影响,并在模型中考虑了空间材料弹性性质在相变过程的演化过程,并将其耦合到应力的变化过程中.采用有限差分格式对所得方程进行数值求解,在此基础上,对单个晶粒和三个晶粒的枝晶生长进行了二维数值模拟.数值结果表明,在枝晶生长过程中会产生复杂的应力,非均匀弹性性质的演化对应力的分布及大小有很大的影响.对多枝晶形貌演化的模拟结果表明,晶粒间的力及热的相互作用影响晶粒凝固过程中的形貌演化.特别地,这种相互作用伴随着产生复杂的应力分布.这些研究结果对理解和模拟枝晶凝固过程力及形貌演化过程有着重要的指导意义.
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