相場(chǎng)
- PBX炸藥斷裂行為仿真計(jì)算方法研究
后針對(duì)新興的斷裂相場(chǎng)法闡述了其基本思想、優(yōu)勢(shì)及在PBX炸藥中應(yīng)用的不足,接著針對(duì)相場(chǎng)法的不足提出了考慮拉壓不對(duì)稱性的黏彈性斷裂相場(chǎng)計(jì)算方法,并通過(guò)多個(gè)實(shí)際算例展示了其對(duì)于PBX材料力學(xué)行為及結(jié)構(gòu)裂紋行為仿真分析的優(yōu)勢(shì)與潛力。1 現(xiàn)有斷裂計(jì)算方法從力學(xué)學(xué)科上區(qū)分,斷裂行為的仿真分析方法一般可分為損傷力學(xué)和斷裂力學(xué)兩個(gè)分支。1.1 損傷力學(xué)損傷力學(xué)方面常采用含損傷本構(gòu)模型的方式進(jìn)行斷裂行為仿真,即在本構(gòu)模型中引入一個(gè)損傷因子,當(dāng)損傷因子達(dá)到1時(shí)便認(rèn)為失效,材料
火炸藥學(xué)報(bào) 2023年6期2023-07-14
- 脆性巖石多裂紋擴(kuò)展的復(fù)合型相場(chǎng)模型研究
型連續(xù)介質(zhì)方法—相場(chǎng)模型，通過(guò)引入相場(chǎng)變量φ代替新萌生的裂紋，基于變分原理[13]和Griffiths 斷裂理論[14]建立相場(chǎng)控制方程，使得在模擬計(jì)算過(guò)程時(shí)無(wú)需顯式地追蹤裂紋面，而是通過(guò)相場(chǎng)變量的自動(dòng)演化獲取裂紋路徑及位置。因此，相場(chǎng)模型在處理三維以及多裂紋問(wèn)題上具有收斂性好、計(jì)算簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為研究斷裂問(wèn)題的重要方法之一。由于經(jīng)典的相場(chǎng)模型未區(qū)分正、負(fù)彈性應(yīng)變能，拉、壓應(yīng)力將產(chǎn)生相同的應(yīng)變能來(lái)驅(qū)動(dòng)裂紋，從而在受壓時(shí)產(chǎn)生不真實(shí)的裂紋[15]。為模擬復(fù)
鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào) 2023年2期2023-03-29
- 合金元素對(duì)鋯合金氧化膜晶粒演變影響的仿真實(shí)驗(yàn)
第一性原理方法和相場(chǎng)方法等。其中，相場(chǎng)方法采用動(dòng)力學(xué)微分方程來(lái)表示熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)、有序化、分解、擴(kuò)散等現(xiàn)象，可直接用來(lái)模擬材料微觀組織形成過(guò)程［4］。在晶粒演變領(lǐng)域，相場(chǎng)方法應(yīng)用最早也最成熟。Chen［5］以晶粒的取向作為序參量，構(gòu)造簡(jiǎn)單的雙勢(shì)阱自由能函數(shù)，建立研究均勻場(chǎng)下晶粒演變的相場(chǎng)模型。以Chen的研究為基礎(chǔ)，眾多研究者在晶粒演變方面開(kāi)展了大量的工作，如晶粒長(zhǎng)大的Ostwald 熟化現(xiàn)象［6］，應(yīng)力［7］、第二相粒子［8］與缺陷［9］對(duì)晶粒長(zhǎng)大動(dòng)力學(xué)的影
實(shí)驗(yàn)室研究與探索 2022年10期2023-01-27
- 強(qiáng)制對(duì)流影響下Fe-C 合金定向凝固微觀組織的相場(chǎng)法研究
究微觀組織演化的相場(chǎng)法被人們廣泛關(guān)注.其中，應(yīng)用相場(chǎng)法對(duì)定向凝固微觀組織生長(zhǎng)規(guī)律的探索已經(jīng)取得大量成果.Takaki 等[5]和Shibuta 等[6]通過(guò)結(jié)合超級(jí)計(jì)算機(jī)和并行算法觀察到在二元合金定向凝固過(guò)程中，三維空間內(nèi)不利于定向凝固的枝晶和高度復(fù)雜的枝晶之間具有相互作用.Aufgebauer 等[7]、Ferreira 等[8]、Kundin 等[9]、以及Novokreshchenova 和Lebedev[10]相繼提出并修改出了新的相場(chǎng)模型，在預(yù)測(cè)
工程科學(xué)學(xué)報(bào) 2023年4期2023-01-07
- 相場(chǎng)模擬在食品冷凍冷藏領(lǐng)域的研究進(jìn)展
模型、概率模型和相場(chǎng)模型是目前研究冰晶枝晶生長(zhǎng)的常用數(shù)值模擬模型[4]；確定性模型與概率模型都沒(méi)有辦法真實(shí)客觀地描述冰晶微觀生長(zhǎng)的過(guò)程，且還需在研究過(guò)程中對(duì)晶界進(jìn)行繁瑣的追蹤，而相場(chǎng)模型可以通過(guò)與外場(chǎng)的耦合更好地展現(xiàn)出冰晶的微觀生長(zhǎng)過(guò)程，因此相場(chǎng)模型是目前研究冰晶生長(zhǎng)的主要模型，且已成為眾多領(lǐng)域中微觀組織模擬的研究熱點(diǎn)。2 相場(chǎng)法2.1 相場(chǎng)法的原理相場(chǎng)模型實(shí)質(zhì)是一種模擬枝晶生長(zhǎng)的有效計(jì)算工具，以朗道理論為基礎(chǔ)，并引入相場(chǎng)變量作為序參量來(lái)區(qū)分過(guò)冷熔體中的固
農(nóng)產(chǎn)品加工 2022年5期2022-11-18
- 基于多項(xiàng)式型退化函數(shù)的脆性斷裂相場(chǎng)模型
學(xué)方法[10]、相場(chǎng)方法[11],這些方法將裂紋彌散化,描述裂紋的擴(kuò)展過(guò)程。近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)方法將固體力學(xué)中的變形協(xié)調(diào)方程和力平衡方程改寫為積分方程,從而描述裂紋的萌生、擴(kuò)展、分叉等問(wèn)題[12-13]。然而,該方法難以與材料的本構(gòu)模型直接對(duì)應(yīng)。相場(chǎng)方法研究起源于1990年下半年,從那時(shí)起,就成為了一個(gè)重要的研究方向[14]。該方法通過(guò)引入一個(gè)場(chǎng)變量(序參數(shù))——相場(chǎng),來(lái)描述系統(tǒng)中不同物理場(chǎng)之間的轉(zhuǎn)變,該變量在0和1之間變化,分別表示材料的完好狀態(tài)和完全破壞狀態(tài),
西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 2022年5期2022-11-08
- 基于改進(jìn)相場(chǎng)法的鹽度對(duì)海水結(jié)冰微觀特性影響分析
茲堡-朗道理論的相場(chǎng)法是模擬凝固組織的一種有效方法，它能夠描述復(fù)雜的晶體形貌。該方法已成為模擬微觀組織演化的一種重要的、通用性極強(qiáng)的方法，成為模擬凝固過(guò)程中微觀組織演化的有力工具[6]。1998 年，Kobayashi[7]首先提出了擴(kuò)散邊界概念，并在此基礎(chǔ)上建立了第一個(gè)相場(chǎng)模型，進(jìn)行了金屬的凝固模擬；Wheeler 等[8]在模擬中將相場(chǎng)參數(shù)和實(shí)際物理量相結(jié)合，建立了WBM 模型；Karma 等[9]建立了KKS模型，并消除了界面厚度的影響，擴(kuò)大了模擬的
船舶力學(xué) 2022年10期2022-10-29
- 擴(kuò)展有限元法在斷裂力學(xué)相場(chǎng)模型中的應(yīng)用
為對(duì)網(wǎng)格的更改。相場(chǎng)法在模擬裂紋擴(kuò)展問(wèn)題時(shí)則采取另一種思路，將表達(dá)破損區(qū)域的相場(chǎng)方程與力學(xué)方程耦合，從而使得裂紋可以自然擴(kuò)展，使得計(jì)算裂紋的前進(jìn)方向和距離不再必要。然而，由于相場(chǎng)法無(wú)法構(gòu)建出清晰的裂紋斷面，故該方法存在一些局限。例如，它很難模擬裂紋斷面之間的接觸及摩擦效應(yīng)，也會(huì)使裂紋區(qū)域單元的局部剛度趨于0而導(dǎo)致求解困難。在早期介紹水平集(Level-set)方法的文獻(xiàn)[9] 中，X-FEM被用來(lái)模擬完全破壞的區(qū)域(即空洞)。相場(chǎng)法方面的研究者受到啟發(fā)，使
航空學(xué)報(bào) 2022年9期2022-10-12
- 基于統(tǒng)一相場(chǎng)理論的鋰電池電極顆粒斷裂模擬研究1)
學(xué)者采用脆性斷裂相場(chǎng)模型,研究了嵌鋰和脫鋰過(guò)程中化學(xué)擴(kuò)散–力學(xué)變形耦合引起的陽(yáng)極顆粒開(kāi)裂行為;Zhang 等[15]則采用內(nèi)聚裂縫模型,模擬了在充放電循環(huán)過(guò)程下電極顆粒的裂縫發(fā)展.上述工作為研究鋰電池電極顆粒的力學(xué)失效行為奠定了良好的基礎(chǔ).然而,遺憾的是,這些研究大多采用內(nèi)聚裂縫模型或脆性斷裂相場(chǎng)模型: 前者假定裂縫尖端的最大應(yīng)力為一有限大小的材料參數(shù)(即內(nèi)聚力強(qiáng)度或破壞強(qiáng)度),并采用基于強(qiáng)度的起裂準(zhǔn)則描述裂縫起裂,雖然可以引入裂縫方向判據(jù)以確定裂縫擴(kuò)展路
力學(xué)學(xué)報(bào) 2022年9期2022-10-05
- 基于相場(chǎng)法的裂縫性地層壓裂裂縫延伸特征研究
]。近年來(lái)，基于相場(chǎng)法（PFM）建立的水力裂縫延伸模型引起了研究人員的關(guān)注，在該理論框架中網(wǎng)格邊界不需要和裂縫邊界重合，因此，裂縫延伸后不需要重新剖分網(wǎng)格。該方法可以靈活地處理多物理場(chǎng)作用下裂縫的萌生、演化、匯集和延伸[22-24]。PFM是根據(jù)變分法原理建立的[25-30]，該方法使用連續(xù)擴(kuò)散的相場(chǎng)變量c來(lái)描述裂縫，c的變化范圍在0和1 之間，當(dāng)c等于0 或1 時(shí)，分別代表巖石完好無(wú)損和完全破裂（圖1）[31]。圖1 相場(chǎng)法示意圖[31]Fig.1 Sc
油氣藏評(píng)價(jià)與開(kāi)發(fā) 2022年4期2022-08-31
- 基于相場(chǎng)法的沉管隧道結(jié)構(gòu)損傷區(qū)識(shí)別
前研究斷裂問(wèn)題的相場(chǎng)法[16-18]引入沉管隧道領(lǐng)域，用相場(chǎng)法來(lái)對(duì)沉管隧道結(jié)構(gòu)的損傷斷裂區(qū)進(jìn)行識(shí)別。具體地，以襄陽(yáng)市某沉管隧道為例，采用譜分解相場(chǎng)法，建立二維相場(chǎng)分析模型，對(duì)該沉管隧道的結(jié)構(gòu)損傷斷裂區(qū)進(jìn)行識(shí)別，研究沉管施工期的結(jié)構(gòu)損傷的可能分布及水位、覆蓋層和沉管結(jié)構(gòu)能量釋放率對(duì)損傷區(qū)的影響，以期為譜分解相場(chǎng)法識(shí)別沉管隧道結(jié)構(gòu)損傷斷裂區(qū)這一研究方向提供新的研究基礎(chǔ)，為沉管工程的施工和運(yùn)營(yíng)安全提供新的思路。1 多場(chǎng)耦合相場(chǎng)方法格里菲斯脆性斷裂理論[17]表明
公路交通科技 2022年6期2022-08-03
- 一種模擬準(zhǔn)脆性斷裂問(wèn)題的相場(chǎng)法能量退化法則
性斷裂模擬方面，相場(chǎng)法基于斷裂能量變分原理，裂縫沿著使固體系統(tǒng)總能量最小的路徑擴(kuò)展，使得其可以較好地捕捉裂縫的開(kāi)裂擴(kuò)展。Miehe［4］等人給出了材料脆性斷裂的相場(chǎng)法熱力學(xué)框架，并成功應(yīng)用于裂紋的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)及多場(chǎng)耦合問(wèn)題，此后相場(chǎng)法模擬準(zhǔn)脆性斷裂問(wèn)題得到了廣泛重視與蓬勃發(fā)展［1］。在相場(chǎng)法基本理論中，相場(chǎng)變量是區(qū)分材料的斷裂區(qū)和未損傷區(qū)域的重要指標(biāo)，為了模擬斷裂區(qū)材料的力學(xué)性能變化，需要采用能量退化法則對(duì)相場(chǎng)變量與材料的力學(xué)特性進(jìn)行耦合，材料的力學(xué)響應(yīng)主要
中國(guó)農(nóng)村水利水電 2022年7期2022-07-27
- 基于相場(chǎng)法的氫脆斷裂模擬
等缺點(diǎn)。變分?jǐn)嗔?span id="j5i0abt0b" class="hl">相場(chǎng)法則可以很好地彌補(bǔ)FEM這些缺點(diǎn):斷裂相場(chǎng)法通過(guò)序參量的自動(dòng)演化來(lái)確定裂紋面,因此可以避免追蹤裂紋面的繁瑣過(guò)程。此外,相場(chǎng)法還可以在不引入額外的失效準(zhǔn)則條件下確定裂紋啟裂和擴(kuò)展的方向[3-4]。與普通斷裂不同,氫脆斷裂伴隨復(fù)雜的氫擴(kuò)散過(guò)程,需考慮氫濃度場(chǎng)演化對(duì)材料斷裂韌性的影響。值得注意的是,相場(chǎng)斷裂模型的實(shí)質(zhì)就是相場(chǎng)和位移場(chǎng)相互耦合的偏微分方程組,不同場(chǎng)間的影響可以通過(guò)相應(yīng)的控制方程體現(xiàn),因此利用相場(chǎng)法來(lái)處理多場(chǎng)耦合下的斷裂問(wèn)題十分有
西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 2022年3期2022-07-21
- 基于相場(chǎng)法的3D打印混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)承載特性研究
計(jì)算結(jié)果[8]。相場(chǎng)法（Phase-field theory，PFT）[9]是最近出現(xiàn)和發(fā)展起來(lái)的一種彌散裂紋方法，由于其相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)裂縫的數(shù)值計(jì)算而受到廣泛關(guān)注。相場(chǎng)法在模擬裂紋擴(kuò)展方面，有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。首先，相場(chǎng)模型減少了與奇異性相關(guān)的計(jì)算復(fù)雜性，并允許在無(wú)需重新網(wǎng)格化的情況下對(duì)裂紋的擴(kuò)展進(jìn)行有限元分析。同時(shí)，相場(chǎng)模型利用標(biāo)量場(chǎng)（所謂的相場(chǎng)）來(lái)表示離散裂紋，將完整的材料平滑地過(guò)渡到完全破碎的材料，從而避免將裂紋描述為物理不連續(xù)。最后，裂紋的形狀和擴(kuò)展取
河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 2022年3期2022-06-29
- 相場(chǎng)晶體方程的一個(gè)高精度能量穩(wěn)定數(shù)值格式
晶體的新方法, 相場(chǎng)晶體模型[1]能夠通過(guò)極小化Swift-Hohenberg (SH) 型自由能量泛函來(lái)解釋晶格的周期性結(jié)構(gòu)及彈性和晶格的塑性變形、位錯(cuò)、晶界等各種微結(jié)構(gòu)現(xiàn)象.此類模型主要采用相變量來(lái)描述原子密度的時(shí)間平均值,并與動(dòng)態(tài)密度泛函理論密切相關(guān)[2]. 相場(chǎng)晶體模型具有能量泛函(1)其中Ω=[0,L]×[0,L]∈R2,φ:Ω→R表示密度場(chǎng),a=1-ε為常數(shù),ε是與相場(chǎng)溫度有關(guān)的常數(shù). 相場(chǎng)晶體方程是由能量泛函(1)導(dǎo)出的H-1梯度流,即φt=
- 基于相場(chǎng)法的井壁微裂縫擴(kuò)展規(guī)律及坍塌機(jī)理研究
研究,提出了基于相場(chǎng)法的井壁微裂縫擴(kuò)展模型。相場(chǎng)法通過(guò)相場(chǎng)變量來(lái)描述材料基質(zhì)與裂縫之間的平滑過(guò)度，裂縫可以隨著相場(chǎng)變量的演化自發(fā)的擴(kuò)展，能夠模擬裂縫的相交、分叉和三維擴(kuò)展等復(fù)雜形態(tài)[11-12]。然后，利用相場(chǎng)法模擬了井壁微裂縫擴(kuò)展的動(dòng)態(tài)過(guò)程；分析了鉆井液液柱壓力和天然裂縫等因素對(duì)微裂縫擴(kuò)展的影響規(guī)律，并對(duì)預(yù)測(cè)的坍塌壓力進(jìn)行對(duì)比分析和驗(yàn)證。1 相場(chǎng)法表征裂縫1.1 相場(chǎng)和裂縫表面函數(shù)相場(chǎng)法認(rèn)為巖石在受外力作用下產(chǎn)生的彈性能造成了巖石的損傷，當(dāng)彈性能超過(guò)巖石
鉆采工藝 2022年2期2022-05-18
- 一種改進(jìn)的相場(chǎng)模型裂紋模擬方法
果。近年來(lái)，基于相場(chǎng)模型(Phase-Field Model, PFM)[8]的裂紋模擬方法得到了廣泛研究。傳統(tǒng)的斷裂力學(xué)中，存在著裂紋面和彈性體之間的不連續(xù)性問(wèn)題，甚至還會(huì)有裂紋尖端的奇異性問(wèn)題[9]。相場(chǎng)模型通過(guò)引入一個(gè)相場(chǎng)參數(shù)或函數(shù)來(lái)描述被近似為一個(gè)裂紋場(chǎng)(Crack Field)的裂紋面，將完全破壞的裂紋面與沒(méi)有破壞的彈性體之間光滑化，消除了不連續(xù)性[10]。該方法的優(yōu)勢(shì)在于可以非常方便地模擬復(fù)雜裂紋的擴(kuò)展、貫通、交叉和分叉等行為，能夠預(yù)測(cè)裂紋開(kāi)裂
土木工程與管理學(xué)報(bào) 2022年2期2022-05-13
- 基于子結(jié)構(gòu)法與損傷識(shí)別的周期性結(jié)構(gòu)脆性斷裂相場(chǎng)模擬
斷裂問(wèn)題的模擬。相場(chǎng)斷裂模型是一種彌散式裂紋模型，近年來(lái)得到了快速發(fā)展。與分離式裂紋模型相比，相場(chǎng)斷裂模型通過(guò)一個(gè)彌散分布的標(biāo)量場(chǎng)近似描述裂紋，通過(guò)求解偏微分方程模擬裂紋成核與擴(kuò)展，避免了不連續(xù)位移場(chǎng)中裂紋幾何描述和尖端追蹤的難題，極大地簡(jiǎn)化了算法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度，適用于多種復(fù)雜斷裂問(wèn)題。相場(chǎng)斷裂模型起源于1921年提出的Griffith能量理論。該理論突破了傳統(tǒng)的強(qiáng)度理論，通過(guò)能量平衡研究裂紋的擴(kuò)展。1998年，F(xiàn)rancfort和Marigo在Griffi
航空學(xué)報(bào) 2022年3期2022-04-26
- 混凝土相場(chǎng)斷裂模擬
——影響裂紋寬度的因素
。近年發(fā)展起來(lái)的相場(chǎng)斷裂法，通過(guò)跟蹤階參量自動(dòng)演化獲取裂紋路徑，可方便地模擬出裂紋的動(dòng)態(tài)擴(kuò)展過(guò)程[3]，為混凝土斷裂數(shù)值計(jì)算方法提供了新的方法。傳統(tǒng)的混凝土斷裂模擬方法有單元?jiǎng)h除法、界面單元法和擴(kuò)展有限元法（XFEM）等，是以不連續(xù)位移場(chǎng)來(lái)描述裂紋。其中，單元?jiǎng)h除法和界面單元法只允許裂紋在網(wǎng)格邊界擴(kuò)展，存在明顯的網(wǎng)格依賴性[4]。擴(kuò)展有限元法（XFEM）[5]允許裂紋在網(wǎng)格內(nèi)擴(kuò)展，可以模擬出裂紋擴(kuò)展的任意路徑，但它在處理多裂紋問(wèn)題時(shí)較為繁瑣，大多用來(lái)處理單
交通科學(xué)與工程 2022年1期2022-04-25
- 晶體相場(chǎng)方程的高精度 Fourier 擬譜逼近
21010)晶體相場(chǎng)模型是由Elder等[1]提出的能夠在原子尺度和擴(kuò)散時(shí)間上模擬材料微觀結(jié)構(gòu)的新方法, 是傳統(tǒng)的連續(xù)相場(chǎng)模型的延伸及推廣, 用以填補(bǔ)連續(xù)模型與分子動(dòng)力學(xué)方法之間的空白。 該模型能夠耦合多重晶粒位向和彈塑性形變現(xiàn)象, 與傳統(tǒng)的密度泛函理論密切相關(guān)[2]，因此在研究晶體微觀結(jié)構(gòu)缺陷和大空間尺度下模擬材料微結(jié)構(gòu)變化更具優(yōu)勢(shì)。模型的能量泛函為：(1)其中，Ω=[0,L]×[0,L]∈R2,u:Ω→R表示密度, 一般情況下ε取小于1的常數(shù)。晶體相場(chǎng)
西南科技大學(xué)學(xué)報(bào) 2022年1期2022-04-23
- 四元合金析出行為的非等溫傅里葉譜相場(chǎng)模擬
，以便定量預(yù)測(cè)在相場(chǎng)公式內(nèi)旋節(jié)線狀態(tài)下的微觀結(jié)構(gòu)演變建模[10]。由于有限差分法和有限元法具有局部特征，通常未知函數(shù)由小子域上的低階多項(xiàng)式來(lái)解釋。相反，頻譜方法通常使用高階多項(xiàng)式或傅立葉級(jí)數(shù)來(lái)表示全局[11-12]。頻譜逼近的收斂速度僅取決于解的光滑度，與其他兩種方法相比，它們以更少的采樣點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了更高的精度。這個(gè)事實(shí)在很多文獻(xiàn)中被稱為“光譜準(zhǔn)確性”。頻譜方法最常在周期性的域中獲得成功，這在大多數(shù)相場(chǎng)建模仿真中都是如此。傅里葉譜方法作為一種求解偏微分方程的數(shù)
太原科技大學(xué)學(xué)報(bào) 2022年2期2022-03-26
- 可充電電池中枝晶問(wèn)題的相場(chǎng)模擬
、蒙特卡洛方法、相場(chǎng)模擬和分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算等。與其他計(jì)算模擬方法相比，相場(chǎng)模擬在微觀和宏觀模擬之間架起了橋梁，是描述和預(yù)測(cè)枝晶生長(zhǎng)演化的有力計(jì)算方法[7]。在前期工作中[8-9]，已從相場(chǎng)變量的解釋、耦合熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)的方式、體系自由能密度的構(gòu)建方式及演化方程等方面，系統(tǒng)評(píng)述了目前主要的多元多相系相場(chǎng)模型，并介紹了其在電化學(xué)儲(chǔ)能材料中的應(yīng)用。本文將進(jìn)一步聚焦于可充電電池枝晶成核與生長(zhǎng)過(guò)程中涉及到的理論模型，以及電化學(xué)相場(chǎng)模型在電池枝晶領(lǐng)域的應(yīng)用，重點(diǎn)討論充電條
儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù) 2022年3期2022-03-23
- 靜電場(chǎng)對(duì)冷凍食品冰晶生長(zhǎng)影響的相場(chǎng)法模擬
場(chǎng)對(duì)冰晶的影響。相場(chǎng)法憑借其避免復(fù)雜界面追蹤的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于研究微觀組織模擬[8-9]。Kobayashi[10]數(shù)值求解了各向異性條件下的二維相場(chǎng)模型，得到了過(guò)冷純金屬凝固的二維復(fù)雜枝晶生長(zhǎng)形貌。Wheeler等[11]對(duì)相場(chǎng)模型進(jìn)行了漸近分析，再現(xiàn)了界面厚度逐漸消失的經(jīng)典自由邊界問(wèn)題，并提出了WBM模型，定量模擬了純鎳枝晶的形成。Karma等[12]對(duì)尖銳界面模型進(jìn)行了薄界面厚度限制條件下的漸進(jìn)分析，提出了界面厚度可大于毛細(xì)長(zhǎng)度的思想，將尖銳界面模型
食品與機(jī)械 2022年2期2022-03-10
- 基于相場(chǎng)模型的裂紋貫穿程度對(duì)試件強(qiáng)度影響研究
因素太多等問(wèn)題.相場(chǎng)理論[7]是近二十余年發(fā)展起來(lái)的方法,引起了各界學(xué)者的廣泛關(guān)注,并先后提出了多種相場(chǎng)模型[8-10].相場(chǎng)模型只需要對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行一次劃分,操作簡(jiǎn)單且對(duì)網(wǎng)格數(shù)量不敏感,不需要對(duì)裂紋進(jìn)行特別處理,能夠處理復(fù)雜裂縫模式.但是現(xiàn)有的相場(chǎng)斷裂模型大多只考慮了拉伸破壞,不能直接應(yīng)用于剪切破壞.王橋等[11]提出了基于統(tǒng)一拉伸斷裂準(zhǔn)則的混合模式斷裂相場(chǎng)模型,在模擬中可以根據(jù)材料的特性得到不同的斷裂模式,包括基于最大正應(yīng)力和最大剪應(yīng)力準(zhǔn)則的破壞.采用統(tǒng)一
- 復(fù)合絕緣材料介電性能的相場(chǎng)模擬研究進(jìn)展
有效性和可靠性。相場(chǎng)模擬(Phase-Field Method，PFM)是計(jì)算材料科學(xué)分支的重要組成部分，是介觀尺度下各類功能材料微觀結(jié)構(gòu)模擬與性能預(yù)測(cè)的有效手段[9]。相較于傳統(tǒng)的突變界面模型，相場(chǎng)模擬方法采用了在界面處連續(xù)變化而非突變的序參量，避免了實(shí)時(shí)追蹤界面的困難，從而大大簡(jiǎn)化了求解算法。在模擬系統(tǒng)的自由能泛函中，可考慮不同外場(chǎng)作用下的能量方程和動(dòng)力學(xué)方程，使得相場(chǎng)模型在微結(jié)構(gòu)演化與外場(chǎng)響應(yīng)模擬等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。在高電壓與絕緣技術(shù)領(lǐng)域，利用
電工電能新技術(shù) 2021年10期2021-11-02
- 基于子單元光滑有限元的混凝土相場(chǎng)損傷模型研究
u 提出的混凝土相場(chǎng)損傷模型[1]在給定相場(chǎng)尺度參數(shù)b 后僅需彈性模量、泊松比、單軸抗拉強(qiáng)度等容易獲取的材料參數(shù)即可很好地模擬混凝土中復(fù)雜的開(kāi)裂行為，有很廣闊的應(yīng)用前景。但該模型在通過(guò)有限元方法（Finite Element Method，F(xiàn)EM）進(jìn)行求解時(shí)，由于需要保證相場(chǎng)梯度的精度，在潛在開(kāi)裂區(qū)域附近往往需要?jiǎng)澐州^為精細(xì)的網(wǎng)格，這導(dǎo)致模型分析效率偏低。2007 年Liu 等結(jié)合無(wú)網(wǎng)格法中的光滑應(yīng)變技術(shù)，提出了光滑有限元方法（Smoothed FEM,
科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新 2021年27期2021-10-18
- 基于相場(chǎng)法模擬對(duì)流作用下Ni- Cu合金枝晶形貌
布[1- 2]。相場(chǎng)法(phase field method, PFM)是基于熱力學(xué)理論來(lái)描述系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的演化過(guò)程，通過(guò)引入序參數(shù)來(lái)確定界面的固、液狀態(tài)，從而避免跟蹤界面這樣復(fù)雜的計(jì)算任務(wù)，并具有將界面曲率、各向異性和動(dòng)力學(xué)效應(yīng)等隱性地包含在相場(chǎng)方程中等優(yōu)點(diǎn)。因此，基于相場(chǎng)模擬方法探究不同對(duì)流條件下枝晶形貌的演變過(guò)程，對(duì)控制鑄件的微觀組織和力學(xué)性能具有重要意義。Kobayashi等[3]提出了一種簡(jiǎn)單的單組分熔體生長(zhǎng)相場(chǎng)模型，表明噪聲對(duì)樹(shù)枝狀晶體的側(cè)分支結(jié)
上海金屬 2021年4期2021-07-28
- 馬氏體相變的相場(chǎng)模型研究進(jìn)展
621999）相場(chǎng)（Phase field）模型是目前模擬材料微結(jié)構(gòu)演化的重要理論與計(jì)算工具[1–5]。其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下兩點(diǎn)：（1）避免了三維空間中顯示追蹤界面在數(shù)學(xué)處理上的困難，相場(chǎng)模型通過(guò)場(chǎng)變量的連續(xù)變化將尖銳界面擴(kuò)散為具有一定厚度的界面，界面的演化通過(guò)場(chǎng)變量的連續(xù)變化來(lái)實(shí)現(xiàn)，無(wú)需顯示追蹤界面，因此在處理復(fù)雜微結(jié)構(gòu)演化問(wèn)題上具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)；（2）相場(chǎng)模型基于能量泛函的表述形式，其物理模型具有良好的擴(kuò)展性，可統(tǒng)一地在能量函數(shù)中引入力、熱、電、磁等多
高壓物理學(xué)報(bào) 2021年4期2021-07-25
- Fe-Cr合金晶界偏析及輻照加速晶界偏析的相場(chǎng)模擬*
13)基于WBM相場(chǎng)模型對(duì)熱力學(xué)條件和輻照條件下Fe-Cr合金晶界處Cr元素偏析行為進(jìn)行了模擬.模擬結(jié)果表明溫度對(duì)Fe-Cr合金晶界處Cr元素的偏析有很大影響: 當(dāng)溫度低于500 ℃時(shí)， 晶界處的偏析量很小;而當(dāng)溫度高于500 ℃時(shí)晶界處的偏析量增加明顯.基體中Cr元素含量對(duì)晶界Cr元素的相對(duì)偏析量也有顯著影響: 隨著基體中Cr元素含量的增加， 相同模擬條件下晶界處Cr元素的相對(duì)濃度增量降低.輻照條件下，晶界處Cr元素的相對(duì)偏析量比熱力學(xué)條件下的相對(duì)偏析量
物理學(xué)報(bào) 2021年11期2021-06-18
- 基于統(tǒng)一相場(chǎng)理論的早齡期混凝土化-熱-力多場(chǎng)耦合裂縫模擬與抗裂性能預(yù)測(cè)1)
0]采用脆性斷裂相場(chǎng)模型描述開(kāi)裂混凝土的力學(xué)行為,并考慮裂縫與水化反應(yīng)、熱量傳輸之間的耦合效應(yīng),能夠較好地描述早齡期的裂縫演化過(guò)程.脆性斷裂相場(chǎng)模型根植于Francfort 和Marigo[21]提出的線彈性斷裂能量變分原理,解決了Griffith 能量方法需要預(yù)設(shè)裂縫路徑的難題;由于將尖銳裂縫正則化為具有一定尺度的裂縫帶,并引入在[0,1]之間連續(xù)分布的裂縫相場(chǎng)及其梯度描述裂縫狀態(tài),脆性斷裂相場(chǎng)模型非常便于通過(guò)有限元、無(wú)網(wǎng)格、物質(zhì)點(diǎn)等多種數(shù)值方法加以實(shí)現(xiàn)
力學(xué)學(xué)報(bào) 2021年5期2021-05-31
- 枝晶生長(zhǎng)的傅里葉譜相場(chǎng)模擬
形態(tài)的重要工具，相場(chǎng)方法(PF)深受國(guó)內(nèi)外廣大學(xué)者的追捧和廣泛使用。相場(chǎng)法是以Ginzburg-Landau理論為物理基礎(chǔ)，由van der Waals[2]所提出的擴(kuò)散界面模型擴(kuò)展而來(lái)，主要優(yōu)點(diǎn)在于，相場(chǎng)方法的運(yùn)用使得計(jì)算枝晶生長(zhǎng)過(guò)程中免于追蹤復(fù)雜的固-液兩相界面，通過(guò)使用實(shí)值0和1，分別代表液相和固相，用0～1之間表示固液界面，簡(jiǎn)化了運(yùn)算過(guò)程。Wheeler等人建立了合金的第一個(gè)相場(chǎng)模型[3-4]，稱為WBM模型。Kim等人[5-6]介紹了另一種模型，
太原科技大學(xué)學(xué)報(bào) 2021年2期2021-04-19
- 固體結(jié)構(gòu)損傷破壞統(tǒng)一相場(chǎng)理論、算法和應(yīng)用1)
動(dòng)力學(xué)[21]和相場(chǎng)斷裂模型[22-23].近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)方法引入非局部微分算子,將固體力學(xué)中的變形協(xié)調(diào)和力平衡偏微分方程改寫為積分方程,無(wú)需對(duì)固體損傷破壞時(shí)的不連續(xù)位移場(chǎng)進(jìn)行特別考慮,能夠處理裂縫起裂、擴(kuò)展、分叉等問(wèn)題[24-26].然而,該方法難以與經(jīng)典材料本構(gòu)關(guān)系直接對(duì)應(yīng)[27]、存在波色散[28]和零能模式[29]等缺點(diǎn),在數(shù)值上也與有限元方法不兼容,因此這里不做進(jìn)一步討論.相場(chǎng)斷裂模型根植于Francfort 和Marigo[22]提出的線彈性斷裂能
力學(xué)學(xué)報(bào) 2021年2期2021-03-10
- 電遷移誘發(fā)夾雜形貌演化的相場(chǎng)模擬
年來(lái)，迅速發(fā)展的相場(chǎng)法為研究微結(jié)構(gòu)演化提供了強(qiáng)有力的工具［3］。結(jié)合動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)定律，相場(chǎng)理論中有兩類常見(jiàn)的方程，分別為Cahn-Hilliard方程［4］和Allen-Cahn方程［5］。其中，Cahn-Hilliard方程描述了滿足質(zhì)量守恒定律的原子擴(kuò)散過(guò)程，用于研究Spinodal分解、表面擴(kuò)散［6-10］等問(wèn)題。Mahadevan等［6］最早建立了電遷移的相場(chǎng)模型并進(jìn)行了漸進(jìn)分析。Bhate等［7］采用非光滑雙阱勢(shì)構(gòu)造了相場(chǎng)模型，用于研究電遷移和
系統(tǒng)仿真技術(shù) 2021年4期2021-03-10
- 基于相場(chǎng)模型的一維拉桿脆性斷裂分析
難，該工作為二階相場(chǎng)模型的建立奠定了理論基礎(chǔ).Bourdin[3]等在斷裂變分方法的基礎(chǔ)上，通過(guò)引入在0 到1 之間連續(xù)變化的相場(chǎng)變量d-來(lái)表征裂縫的起裂和延伸，同時(shí)引入裂縫寬度參數(shù)l 來(lái)控制裂縫的彌散程度.隨后，Miehe[4]等建立了與熱力學(xué)自洽的二階相場(chǎng)損傷模型.二階相場(chǎng)模型的完善迅速吸引了一大批國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注，為后續(xù)相場(chǎng)損傷模型的發(fā)展做出了重要的貢獻(xiàn).Borden[5]等提出了四階相場(chǎng)損傷模型并采用等幾何法對(duì)耦合方程進(jìn)行求解，另外，還研究了動(dòng)態(tài)脆
- 粉末增材制造微結(jié)構(gòu)的非等溫相場(chǎng)模擬
與計(jì)算的挑戰(zhàn)，而相場(chǎng)模型在這方面展現(xiàn)了一定潛力與優(yōu)勢(shì)。相場(chǎng)模型可采用序參量描述氣/液/固相、晶粒形狀/取向、鐵電/磁疇等各種復(fù)雜的微結(jié)構(gòu)，用連續(xù)光滑的函數(shù)描述不同微結(jié)構(gòu)之間的界面，并能方便地直接引入描述各種物理過(guò)程的場(chǎng)變量(如應(yīng)力/應(yīng)變、熔體流速、溫度、濃度、電/磁場(chǎng)等)，序參量在時(shí)間和空間上的演化即能表征微結(jié)構(gòu)及其界面的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。目前，在采用相場(chǎng)模型應(yīng)用于增材制造模擬方面，研究人員開(kāi)展了初步探索研究。CHOU等[8]以溫度梯度和凝固速度為輸入?yún)?shù)，采用
- 相場(chǎng)模型及其在電化學(xué)儲(chǔ)能材料中的應(yīng)用*
計(jì)算研究方法， 相場(chǎng)模型不僅可以避免復(fù)雜的界面追蹤， 而且便于處理各類外場(chǎng)因素， 因而受到廣泛關(guān)注. 藉此本文介紹了相場(chǎng)模型的理論框架以及目前主流的多元多相系相場(chǎng)模型： Carter 模型， Steinbach模型和Chen 模型， 并從相場(chǎng)變量的解釋、耦合熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)的方式、體系自由能密度的構(gòu)建方式以及演化方程等方面對(duì)上述三個(gè)模型進(jìn)行了系統(tǒng)地概括和比較. 進(jìn)一步， 聚焦于相場(chǎng)模型在各向異性輸運(yùn)和相分離、彈性和塑性變形、裂紋擴(kuò)展和斷裂、枝晶生長(zhǎng)機(jī)制等方面的
物理學(xué)報(bào) 2020年22期2020-12-05
- 增材制造快速凝固相場(chǎng)模擬研究進(jìn)展*
acturing相場(chǎng)法是一種介觀尺度模擬方法，其理論基礎(chǔ)是Landau 提出的朗道連續(xù)相變理論[13]，它提供了一種可通過(guò)模擬來(lái)更好地理解相變機(jī)理的途徑。針對(duì)增材制造非平衡凝固相場(chǎng)模擬已有大量研究。本文將對(duì)其研究現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)與展望。經(jīng)典相場(chǎng)模型相場(chǎng)法通過(guò)一組或多組序參量表達(dá)系統(tǒng)自由能。以凝固為例，序參量φ 代表固相體積分?jǐn)?shù)。與傳統(tǒng)明銳界面模型相比，相場(chǎng)法在計(jì)算的過(guò)程中通過(guò)對(duì)固液界面進(jìn)行彌散處理，使計(jì)算過(guò)程不需對(duì)固液界面追蹤。圖2（a）代表傳統(tǒng)明銳界面模型，
航空制造技術(shù) 2020年16期2020-11-03
- 流場(chǎng)下格子-動(dòng)力學(xué)晶體生長(zhǎng)的模擬
030024)相場(chǎng)方法作為一種免于追蹤固-液界面的模擬方法，一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究聚合物結(jié)晶的重要工具，但是傳統(tǒng)的相場(chǎng)法在求解界面精度問(wèn)題時(shí)，計(jì)算過(guò)程中需要極高精度的解析度，這樣會(huì)使實(shí)驗(yàn)?zāi)M結(jié)果發(fā)散。通過(guò)耦合格子玻爾茲曼方法，避免了高精度的解析運(yùn)算，允許時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)置的較大，并且實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不會(huì)出現(xiàn)發(fā)散現(xiàn)象。在實(shí)際加工生產(chǎn)中，熔體降溫凝固過(guò)程中會(huì)發(fā)生對(duì)流現(xiàn)象，聚合物熔體會(huì)受到流場(chǎng)的影響，結(jié)果與靜態(tài)結(jié)晶相比較，會(huì)直接影響到聚合物制品的最終形狀和作用[1]。相對(duì)于實(shí)
太原科技大學(xué)學(xué)報(bào) 2020年4期2020-06-16
- 薄膜表面形貌的相場(chǎng)方法模擬
速新材料的研發(fā)。相場(chǎng)計(jì)算方法，在計(jì)算材料學(xué)領(lǐng)域中屬于一類描述介觀尺度材料結(jié)構(gòu)的一類有效的計(jì)算方法[7-12]。相場(chǎng)方法常見(jiàn)于模擬枝晶生長(zhǎng)的過(guò)程[13]，近年來(lái)也在鐵性智能材料方面[15]，鐵電、鐵磁和多鐵材料方面[13]，和半導(dǎo)體太陽(yáng)能薄膜方面[17]等很多材料領(lǐng)域有所應(yīng)用。由于相場(chǎng)方法是基于材料熱力學(xué)/動(dòng)力學(xué)來(lái)展開(kāi)計(jì)算，這使得該計(jì)算方法具有相當(dāng)現(xiàn)實(shí)的物理意義。使用相場(chǎng)方法可以避免跟蹤界面[7]，從而使得相場(chǎng)方法在材料結(jié)構(gòu)模擬方面得到了很廣泛的應(yīng)用，而相場(chǎng)
物理與工程 2020年2期2020-06-12
- 北科大馬星橋課題組在磁學(xué)體系的相場(chǎng)方法研究獲得新進(jìn)展
授馬星橋課題組在相場(chǎng)方法計(jì)算方面獲得新進(jìn)展。相場(chǎng)方法起源于朗道的相變理論，上世紀(jì)80年代初，哈恰圖良發(fā)展了微彈性理論，使相場(chǎng)方法可用于彈性體系中。近年來(lái)，人們開(kāi)始逐漸認(rèn)識(shí)到相場(chǎng)方法在材料性質(zhì)模擬方面的優(yōu)勢(shì)。它可以模擬非均勻體系中微觀組織或磁疇、電疇的形貌及其演化過(guò)程，對(duì)研究相變過(guò)程以及計(jì)算材料的宏觀物理性質(zhì)十分有效，并可作為構(gòu)建多尺度模型的核心，在材料研究方面正越來(lái)越受到重視。2000年，北京科技大學(xué)物理系教授、博士生導(dǎo)師馬星橋在香港攻讀博士期間開(kāi)始接觸相
中國(guó)科技財(cái)富 2019年9期2019-12-02
- 馬星橋：磁學(xué)體系的相場(chǎng)方法研究漸入佳境
授馬星橋課題組在相場(chǎng)方法計(jì)算方面獲得新進(jìn)展。相場(chǎng)方法起源于朗道的相變理論，上世紀(jì)80年代初，哈恰圖良發(fā)展了微彈性理論，使相場(chǎng)方法可用于彈性體系中。近年來(lái)，人們開(kāi)始逐漸認(rèn)識(shí)到相場(chǎng)方法在材料性質(zhì)模擬方面的優(yōu)勢(shì)。它可以模擬非均勻體系中微觀組織或磁疇、電疇的形貌及其演化過(guò)程，對(duì)研究相變過(guò)程以及計(jì)算材料的宏觀物理性質(zhì)十分有效，并可作為構(gòu)建多尺度模型的核心，在材料研究方面正越來(lái)越受到重視。該課題組與賓夕法尼亞州立大學(xué)陳龍慶教授及香港理工大學(xué)石三強(qiáng)教授合作，對(duì)相場(chǎng)計(jì)算方
時(shí)代人物 2019年7期2019-08-14
- 馬星橋：磁學(xué)體系的相場(chǎng)方法研究漸入佳境
授馬星橋課題組在相場(chǎng)方法計(jì)算方面獲得新進(jìn)展。相場(chǎng)方法起源于朗道的相變理論，上世紀(jì)80年代初，哈恰圖良發(fā)展了微彈性理論，使相場(chǎng)方法可用于彈性體系中。近年來(lái)，人們開(kāi)始逐漸認(rèn)識(shí)到相場(chǎng)方法在材料性質(zhì)模擬方面的優(yōu)勢(shì)。它可以模擬非均勻體系中微觀組織或磁疇、電疇的形貌及其演化過(guò)程，對(duì)研究相變過(guò)程以及計(jì)算材料的宏觀物理性質(zhì)十分有效，并可作為構(gòu)建多尺度模型的核心，在材料研究方面正越來(lái)越受到重視。該課題組與賓夕法尼亞州立大學(xué)陳龍慶教授及香港理工大學(xué)石三強(qiáng)教授合作，對(duì)相場(chǎng)計(jì)算方
時(shí)代人物 2019年22期2019-08-13
- 變溫?zé)崽幚磉^(guò)程的相場(chǎng)模擬及其參數(shù)標(biāo)定
計(jì)算方法。其中，相場(chǎng)方法因其穩(wěn)固的理論基礎(chǔ)和良好適用性，受到了國(guó)內(nèi)外的普遍關(guān)注和發(fā)展，已成為模擬材料微結(jié)構(gòu)演化的強(qiáng)有力工具。目前，對(duì)于相場(chǎng)法模擬高溫合金晶粒演化的研究，主要側(cè)重于恒溫條件下的晶粒演化行為，包括由于晶界移動(dòng)導(dǎo)致的晶粒長(zhǎng)大現(xiàn)象[3-6]和第二相粒子對(duì)晶粒長(zhǎng)大的影響[7-9]，缺少變溫過(guò)程中合金晶粒演化行為方面的研究。魏承煬等[10]通過(guò)假設(shè)變溫條件下的晶界遷移率在某一方向呈正態(tài)分布，計(jì)算模擬了合金在退火過(guò)程中的非均勻晶粒生長(zhǎng)行為，但該模型由于假
航空工程進(jìn)展 2019年2期2019-05-07
- 鑄件凝固微觀組織仿真程序開(kāi)發(fā)
要：基于KKS相場(chǎng)模型，建立了一個(gè)相場(chǎng)、溶質(zhì)場(chǎng)和取向場(chǎng)相耦合的新數(shù)值模型，并對(duì)數(shù)值模型進(jìn)行離散化處理。在此基礎(chǔ)上，采用c語(yǔ)言編寫凝固微觀組織仿真程序。采用該程序耦合JMatPro計(jì)算獲得Al-4.5%Cu合金的枝晶形貌和不同溫度下的Peclet數(shù)，并將模擬結(jié)果與理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明：模擬結(jié)果與理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好，從而驗(yàn)證了數(shù)值模型的可靠性和有效性。關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)仿真；相場(chǎng)；微觀組織；軟件開(kāi)發(fā)1 引言材料凝固微觀組織形成過(guò)程是一個(gè)既包括宏
科學(xué)與財(cái)富 2019年3期2019-02-28
- 磁學(xué)體系的相場(chǎng)方法研究進(jìn)展
授馬星橋課題組在相場(chǎng)方法計(jì)算方面獲得新進(jìn)展。相場(chǎng)方法起源于朗道的相變理論，上世紀(jì)80年代初，哈恰圖良發(fā)展了微彈性理論，使相場(chǎng)方法可用于彈性體系中。近年來(lái)，人們開(kāi)始逐漸認(rèn)識(shí)到相場(chǎng)方法在材料性質(zhì)模擬方面的優(yōu)勢(shì)。它可以模擬非均勻體系中微觀組織或磁疇、電疇的形貌及其演化過(guò)程，對(duì)研究相變過(guò)程以及計(jì)算材料的宏觀物理性質(zhì)十分有效，并可作為構(gòu)建多尺度模型的核心，在材料研究方面正越來(lái)越受到重視。該課題組與賓夕法尼亞州立大學(xué)陳龍慶教授及香港理工大學(xué)石三強(qiáng)教授合作，對(duì)相場(chǎng)計(jì)算方
中國(guó)科技財(cái)富 2018年5期2018-12-07
- LBM三維相場(chǎng)模型模擬并行方法研究
楊培?LBM三維相場(chǎng)模型模擬并行方法研究賈金芳*薛萬(wàn)東 鄧新 曹騰飛 馮力 楊培青海大學(xué)計(jì)算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用系，青海 西寧 810016以高純丁二腈為研究對(duì)象，基于MPI并行求解了耦合流動(dòng)場(chǎng)的三維枝晶非等溫生長(zhǎng)PF-LBM相場(chǎng)模型，解決其存在的計(jì)算量巨大、計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)、模擬規(guī)模小的問(wèn)題。模擬結(jié)果表明，MPI并行求解技術(shù)不僅可以在一定程度上擴(kuò)大可模擬規(guī)模，而且也可以在同條件下獲得較高的加速比。相同的流動(dòng)對(duì)三維枝晶生長(zhǎng)過(guò)程的影響機(jī)制同時(shí)也說(shuō)明了采用MPI并行算法的正
移動(dòng)信息 2018年5期2018-08-04
- γ-α相變中不同晶界特征下鐵素體生長(zhǎng)形貌的相場(chǎng)模擬?
多,相比較而言,相場(chǎng)法在真實(shí)和定量模擬上具有一些獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)[6?9].相場(chǎng)法是一種通過(guò)系列場(chǎng)變量描述多晶組織的微觀結(jié)構(gòu)和成分的介觀尺度研究方法,相場(chǎng)模型以相場(chǎng)變量在相鄰結(jié)構(gòu)或晶粒之間的離散范圍來(lái)隱式地表達(dá)界面的寬度.如此,晶界能在模型中則表現(xiàn)為界面寬度范圍內(nèi)局部界面能密度的集合.近年來(lái),相場(chǎng)法模擬單相多晶系統(tǒng)中晶粒生長(zhǎng)取得了明顯的進(jìn)展.Kazaryan等[10]利用相場(chǎng)法研究了各向異性的晶界能和晶界遷移率對(duì)晶粒尺寸及取向差分布的影響,發(fā)現(xiàn)其有別于各向同性系
物理學(xué)報(bào) 2017年7期2018-01-16
- 基于COMSOL的相場(chǎng)模擬研究
于COMSOL的相場(chǎng)模擬方法研究。【關(guān)鍵詞】COMSOL；相場(chǎng)；多物理場(chǎng)【Abstract】COMSOL is powerful in solving partial differential equations， which is particularly suitable for multi-physics coupling problems. The phase field simulation research is introduced in t
科技視界 2017年8期2017-07-31
- 極地船海水系統(tǒng)冰晶生長(zhǎng)對(duì)換熱器性能影響的相場(chǎng)模擬
換熱器性能影響的相場(chǎng)模擬徐 立，陳尚海，江煥寶，張來(lái)來(lái)(武漢理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，湖北 武漢 430063)文章根據(jù)極地環(huán)境下，船舶海水系統(tǒng)內(nèi)冰晶生長(zhǎng)的特點(diǎn)，分析不同無(wú)量綱過(guò)冷度下冰晶生長(zhǎng)對(duì)換熱器性能的影響，對(duì)其進(jìn)行相場(chǎng)模擬，找出換熱器的最佳工作區(qū)間。模擬結(jié)果表明，無(wú)量綱過(guò)冷度由0.3上升到0.6時(shí)，凝固潛熱的釋放越來(lái)越容易，冰晶與換熱器的換熱越來(lái)越充分，換熱器的效率不斷提升。但是當(dāng)無(wú)量綱過(guò)冷度達(dá)到0.5和0.6時(shí)，冰晶的生長(zhǎng)速度過(guò)快，在海水管道系統(tǒng)
中國(guó)修船 2017年2期2017-06-19
- 晶體相場(chǎng)模擬取向角對(duì)晶界湮沒(méi)過(guò)程的影響*
0004)?晶體相場(chǎng)模擬取向角對(duì)晶界湮沒(méi)過(guò)程的影響*劉瑤，袁龍樂(lè)，盧強(qiáng)華，黃創(chuàng)高，高英俊**(廣西大學(xué)物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院,廣西高校新能源材料及相關(guān)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西南寧530004)(Guangxi Colleges and Universities Key Laboratory of Novel Energy Materials,School of Physical Science and Technology,Guangxi University
廣西科學(xué) 2016年5期2017-01-03
- 晶界位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的空位晶體相場(chǎng)模擬*
錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的空位晶體相場(chǎng)模擬*黃世葉，李勝男，胡緒志，孔令一，盧強(qiáng)華，高英俊**(廣西大學(xué)物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院，廣西南寧530004)(School of Physical Science and Technology,Guangxi University,Nanning,Guangxi,530004,China)摘要：【目的】研究不同形式的應(yīng)力對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)形式的影響?！痉椒ā客ㄟ^(guò)添加空位自由能項(xiàng)修正晶體相場(chǎng)模型(Phase-field-crystal mod
廣西科學(xué) 2016年5期2017-01-03
- 界面厚度對(duì)果汁等溫結(jié)晶冰晶生長(zhǎng)影響的相場(chǎng)法模擬
晶冰晶生長(zhǎng)影響的相場(chǎng)法模擬田妍基1，陳錦權(quán)2，陳梅英2,3*(1.寧德職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 福安 355000；2. 福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350002； 3. 福建農(nóng)林大學(xué)管理學(xué)院旅游學(xué)院，福建 福州 350002)將果汁體系視為水和溶質(zhì)組成的二元系統(tǒng)，采用相場(chǎng)法模擬二元系統(tǒng)的相變微觀結(jié)構(gòu)，研究了等溫結(jié)晶過(guò)程中，界面厚度對(duì)冰晶生長(zhǎng)的形貌及溶質(zhì)分布的影響，確定模型中界面厚度的合理取值。結(jié)果表明：界面厚度對(duì)冰晶的形貌有正負(fù)影響。在擾動(dòng)干擾的范圍
福建農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào) 2016年9期2016-12-05
- Fe-C等溫凝固中的枝晶生長(zhǎng)的溶質(zhì)俘獲相場(chǎng)法模擬
晶生長(zhǎng)的溶質(zhì)俘獲相場(chǎng)法模擬張超彥1，秋艷1，佟樂(lè)樂(lè)2（1.徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇徐州221100；2.中北大學(xué)材料學(xué)院，山西太原030051）采用模擬相場(chǎng)法模擬了C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的鐵碳合金等溫凝固過(guò)程中枝晶生長(zhǎng)和溶質(zhì)分布及溶質(zhì)俘獲對(duì)其的影響，研究枝晶尖端半徑大小和生長(zhǎng)速度之間的關(guān)系。結(jié)果表明，初始枝晶的溶質(zhì)濃度最低，二次枝晶之間的區(qū)域溶質(zhì)濃度最高。枝晶生長(zhǎng)包括生長(zhǎng)和成熟階段，枝晶的尖端半徑大小與生長(zhǎng)速度成反比。受溶質(zhì)俘獲的影響，枝晶上的溶質(zhì)濃度有波動(dòng)
鑄造設(shè)備與工藝 2016年5期2016-11-26
- 相場(chǎng)方法模擬研究的奔跑者——記北京科技大學(xué)物理系主任馬星橋教授
本刊記者 劉 賀相場(chǎng)方法起源于朗道的相變理論，是一種基于體系自由能計(jì)算的動(dòng)力學(xué)方法，上個(gè)世紀(jì)中期曾被用于固體中擴(kuò)散，Spinodal分解等過(guò)程的計(jì)算。80年代初，Khachaturyan發(fā)展了微彈性理論，使相場(chǎng)方法可用于涉及彈性變形的實(shí)際體系中。通過(guò)陳龍慶等人在90年代早期的計(jì)算機(jī)模擬工作，人們逐漸認(rèn)識(shí)到了它在工程模擬方面的優(yōu)勢(shì)。它可以模擬相變過(guò)程，對(duì)模擬非均勻體系中疇或微觀組織的形成和演化過(guò)程以及材料在非均勻體系中的物理性質(zhì)十分有效。近年來(lái)，相場(chǎng)方法在材
科學(xué)中國(guó)人 2015年25期2015-12-07
- 外加應(yīng)力作用下Ni75Al11.5V13.5合金時(shí)效沉淀相的定向粗化
子法［5］和連續(xù)相場(chǎng)方法［6－7］.上述研究方法在介觀尺度研究定向粗化顆粒的形態(tài)以及影響定向粗化因素方面有效，但無(wú)法揭示定向粗化過(guò)程沉淀和母相結(jié)構(gòu)以及原子配置，尤其是在有序結(jié)構(gòu)間的反相疇界和點(diǎn)缺陷等方面上述方法無(wú)效，而微觀相場(chǎng)在這方面具有優(yōu)勢(shì).PODURI等［8］利用微觀相場(chǎng)研究了Ni－Al－V合金的時(shí)效行為，但未考慮由于母相與沉淀相間由于結(jié)構(gòu)差異引起的晶格適配導(dǎo)致的晶格適配應(yīng)變能，以及沉淀相在外加應(yīng)力作用下的定向粗化行為.本文將 KHACHATURYAN
材料科學(xué)與工藝 2015年2期2015-11-30
- 枝晶生長(zhǎng)過(guò)程的相場(chǎng)方法模擬研究
)枝晶生長(zhǎng)過(guò)程的相場(chǎng)方法模擬研究張晨輝，楊斌鑫(太原科技大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院，太原 030024)采用相場(chǎng)方法對(duì)金屬枝晶的生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬。用凝固相場(chǎng)方程描述過(guò)冷條件下枝晶生長(zhǎng)的物理過(guò)程，同時(shí)在相場(chǎng)方程中耦合溫度場(chǎng)方程以體現(xiàn)凝固過(guò)程中釋放的潛熱對(duì)相變的影響。采用有限差分法進(jìn)行求解，討論了松弛時(shí)間、方向角、界面寬度、熔點(diǎn)、各向異性、潛熱等因素對(duì)枝晶的形狀和生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明，隨著松弛時(shí)間、界面寬度和熔點(diǎn)的逐漸增加，晶體的生長(zhǎng)速率也在逐漸增加，并且枝晶越來(lái)越
太原科技大學(xué)學(xué)報(bào) 2015年2期2015-06-23
- 相場(chǎng)法模擬鈦合金相變
實(shí)用化的新階段。相場(chǎng)法(phase-field method，以下簡(jiǎn)稱PF法)是基于連續(xù)體模型，研究材料組織形成過(guò)程現(xiàn)象的一種模擬方法。日本名古屋工業(yè)大學(xué)小山敏幸介紹了PF法的計(jì)算要點(diǎn)，并以鈦合金為對(duì)象舉例加以說(shuō)明。PF法一般采用場(chǎng)的有序變量來(lái)解析不均勻場(chǎng)的時(shí)間、空間變化的連續(xù)體模型，即設(shè)定隨著位置以及時(shí)間變化的相場(chǎng)有序變量，用這個(gè)變量寫出具有復(fù)雜組織的全自由能，從這個(gè)能量散逸定義其進(jìn)展方程式，計(jì)算有序變量隨時(shí)間和空間變化(即組織形成過(guò)程)的方法。有序變量
鈦工業(yè)進(jìn)展 2013年5期2013-02-14
- 強(qiáng)界面能各向異性下二元Ni-Cu合金枝晶生長(zhǎng)過(guò)程的相場(chǎng)法模擬
金枝晶生長(zhǎng)過(guò)程的相場(chǎng)法模擬袁訓(xùn)鋒, 丁雨田(蘭州理工大學(xué) 甘肅省有色金屬新材料省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730050)基于Wheeler模型和Eggleston修正強(qiáng)界面能各向異性的方法，建立耦合溶質(zhì)場(chǎng)和溫度場(chǎng)的相場(chǎng)模型，模擬強(qiáng)界面能各向異性下Ni-Cu合金枝晶生長(zhǎng)過(guò)程。結(jié)果表明：在強(qiáng)界面能各向異性作用下，界面方向枝晶生長(zhǎng)不連續(xù)且枝晶出現(xiàn)棱角；由于枝晶尖端溫度梯度和溶質(zhì)梯度較大，枝晶生長(zhǎng)迅速。當(dāng)界面能各向異性強(qiáng)度低于臨界值時(shí)，枝晶尖端生長(zhǎng)速度隨界面能各
中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào) 2011年7期2011-11-24
- 自適應(yīng)有限元方法凝固問(wèn)題模擬的網(wǎng)格各向異性研究
點(diǎn)。近年來(lái)出現(xiàn)的相場(chǎng)模型通過(guò)引入序參量場(chǎng)，把凝固模型從尖銳界面模型轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)上等價(jià)的相場(chǎng)模型，從而避免了數(shù)值求解中追蹤界面的困難，在凝固組織模擬中得到了廣泛應(yīng)用［4］。相場(chǎng)模型由一個(gè)（或組）序參量場(chǎng)、溫度場(chǎng)、濃度場(chǎng)的偏微分方程組成，通常通過(guò)有限差分或者自適應(yīng)有限元方法進(jìn)行數(shù)值求解。數(shù)值求解過(guò)程中首先要把求解區(qū)域劃分為多個(gè)單元組成的網(wǎng)格，這在計(jì)算中往往引入額外的各向異性，一般稱之為網(wǎng)格各向異性［5］。網(wǎng)格各向異性的存在限制了計(jì)算所采用空間步長(zhǎng)的大小，同時(shí)影響
鑄造設(shè)備與工藝 2011年2期2011-01-24