元胞自动机法模拟Al-4.5mass% Cu枝晶生长 被引量：1

1

作者 吴强 杨湘杰 谢水生 《南昌大学学报（工科版）》 CAS 2008年第4期363-368,共6页

通过引入溶质再分配、溶质扩散、界面能各向异性和界面曲率,构建了描述合金凝固微观组织形态演变的2D元胞自动机模型。并用该模型研究了Al-4.5mass%Cu合金凝固过程中树枝晶长大过程。结果表明:该模型较好地描述了枝晶生长、晶间和枝晶... 通过引入溶质再分配、溶质扩散、界面能各向异性和界面曲率,构建了描述合金凝固微观组织形态演变的2D元胞自动机模型。并用该模型研究了Al-4.5mass%Cu合金凝固过程中树枝晶长大过程。结果表明:该模型较好地描述了枝晶生长、晶间和枝晶偏析。凝固过程中的溶质再分配直接影响着树枝晶的生长形貌和微观偏析形成。成份过冷是液/固界面失稳的主要原因,激发二次晶或三次晶产生。二次晶生长是相互竞争的过程,在成分过冷和曲率过冷作用下,二次晶根部溶质富集程度大,出现明显的"颈缩"。在枝晶生长过程中,枝晶间会形成小范围、高溶质浓度的孤立液体区域,形成晶间偏析或点偏析,树枝晶形貌对晶间偏析程度影响较大。在各枝晶臂上,先凝固部分溶质浓度较后凝固部分溶质浓度低,并且中心溶质浓度较边缘处溶质浓度低,形成枝晶偏析,枝晶偏析在枝晶的亚稳态生长阶段更显著。 展开更多

关键词 树枝晶生长 元胞自动机 有限体积法 微观偏析

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基于元胞自动机的钻柱力学模型建立和求解

2

作者 庞东晓 刘清友 李斌 《石油机械》 北大核心 2007年第4期15-17,45,共4页

针对钻柱力学中的几何非线性问题和接触非线性问题的特点,利用元胞自动机的基本理论建立了基于元胞自动机的钻柱力学模型。在此基础上,给出几何非线性问题元胞单元法和接触非线性问题元胞单元法较详细的计算步骤。通过2个具体算例进行... 针对钻柱力学中的几何非线性问题和接触非线性问题的特点,利用元胞自动机的基本理论建立了基于元胞自动机的钻柱力学模型。在此基础上,给出几何非线性问题元胞单元法和接触非线性问题元胞单元法较详细的计算步骤。通过2个具体算例进行了数值试验,分析对比后对元胞自动机求解钻柱系统非线性问题的优点和存在的问题进行了讨论,提出进一步研究的方向。 展开更多

关键词 元胞自动机 元胞单元法 几何非线性 接触非线性 钻柱力学

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三维实体问题分析中的元胞单元法 被引量：10

3

作者 杨吉新 王乘 沈成武 《武汉理工大学学报（交通科学与工程版）》 北大核心 2004年第1期22-25,共4页

基于局部作用原理 ,借用有限元离散和插值技术 ,引入元胞自动机的演化思路 ,得到一种新的力学计算方法——元胞单元法 .它将结构的整体求解变成局域分析 ,通过力的局域间的不平衡传递达到最终的整体平衡 .它对计算机容量要求低 ,可形成... 基于局部作用原理 ,借用有限元离散和插值技术 ,引入元胞自动机的演化思路 ,得到一种新的力学计算方法——元胞单元法 .它将结构的整体求解变成局域分析 ,通过力的局域间的不平衡传递达到最终的整体平衡 .它对计算机容量要求低 ,可形成一种高度并行的算法 ,可望在大型结构和纳米力学的大规模模拟方面得到应用 .为探讨其适用性 ,将其用于三维实体问题分析 ,给出了元胞模型和计算步骤 ,进行了数值试验 。 展开更多

关键词 元胞单元法 元胞自动机 有限元法 三维实体

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基于不规则元胞的主轴温度-结构场耦合热拓扑优化设计方法 被引量：2

4

作者 邓小雷 盛泽枫 +4 位作者 张江林 吕笑文 贺忠 王建臣 傅建中 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期23-32,共10页

为了适应复杂的几何形状,避免传统的规则矩形元胞不能均匀地覆盖设计区域的问题,实现主轴结构耦合场热拓扑优化设计,提出基于不规则元胞的混合元胞自动机法(HCAM)耦合场主轴热拓扑优化设计方法.该方法以数值传热学的相关理论为基础,用... 为了适应复杂的几何形状,避免传统的规则矩形元胞不能均匀地覆盖设计区域的问题,实现主轴结构耦合场热拓扑优化设计,提出基于不规则元胞的混合元胞自动机法(HCAM)耦合场主轴热拓扑优化设计方法.该方法以数值传热学的相关理论为基础,用三角形元胞来替代传统的矩形元胞,并引入局部网格细化的思想,在应力集中或应变急剧变化的区域实现局部元胞细化,使得整个结构的元胞尺寸自适应变化.通过案例对比分析验证了该方法的可行性,该方法可以有效地适应复杂结构形状、减少元胞单元和有限元网格的数量以及降低元胞单元与有限元网格之间映射的难度.利用不规则元胞的HCAM对主轴结构进行不同工况下的温度-结构场耦合热拓扑优化设计研究,最终获得的热拓扑优化构形结果不仅减少了主轴结构材料,而且改善了其热态特性. 展开更多

关键词 不规则元胞 主轴 混合元胞自动机法 温度-结构场耦合 拓扑优化 热拓扑设计

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并行元胞单元法 被引量：12

5

作者 杨吉新 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第1期97-100,共4页

在对元胞单元法的基本原理与特点进行简要介绍之后,探讨了元胞单元法的并行计算方法,给出了算法描述和解题步骤。以平面应力问题分析为例,进行了数值试验,给出了详细的计算步骤和结果。结果表明元胞单元法可形成一种高度并行的算法,适... 在对元胞单元法的基本原理与特点进行简要介绍之后,探讨了元胞单元法的并行计算方法,给出了算法描述和解题步骤。以平面应力问题分析为例,进行了数值试验,给出了详细的计算步骤和结果。结果表明元胞单元法可形成一种高度并行的算法,适用于未来并行机的要求,有望在大型结构和纳米力学的大规模摸拟方面得到应用。 展开更多

关键词 元胞单元法 元胞自动机 并行计算 大规模计算

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CA法模拟各向异性和Gibbs-Thomson参数对枝晶生长的影响

6

作者 张俊婷 崔小朝 王宥宏 《中北大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2013年第2期204-207,212,共5页

基于溶质扩散和界面能的作用,考虑成分过冷、曲率过冷、界面能各向异性和界面扰动等因素,建立了单个枝晶的生长模型.应用该模型将有限体积法与元胞自动机相结合,对Al-4%wtCu合金的枝晶生长过程进行了计算机模拟研究.结果发现:界面能各... 基于溶质扩散和界面能的作用,考虑成分过冷、曲率过冷、界面能各向异性和界面扰动等因素,建立了单个枝晶的生长模型.应用该模型将有限体积法与元胞自动机相结合,对Al-4%wtCu合金的枝晶生长过程进行了计算机模拟研究.结果发现:界面能各向异性和Gibbs-Thomson参数对枝晶的形貌和生长速度有着重要影响,随着Gibbs-Thomson系数和各向异性强度的减小,枝晶臂沿优先生长方向出现分裂,且生长速度也随之减小. 展开更多

关键词 枝晶生长 元胞自动机 有限体积法

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基于CA-FE的双辊连铸纯铝凝固组织模拟 被引量：6

7

作者 陈守东 陈敬超 吕连灏 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第10期48-53,共6页

鉴于双辊薄带连铸等轴晶区半固态铸轧组织对产品性能的重要性,应用Procast软件中的CA-FE方法对工业纯铝在水冷钢辊连续铸轧中的凝固过程进行了模拟,建立了宏观温度场、浓度场和微观生长过程耦合的凝固组织模拟模型。以CA(Cellular Autom... 鉴于双辊薄带连铸等轴晶区半固态铸轧组织对产品性能的重要性,应用Procast软件中的CA-FE方法对工业纯铝在水冷钢辊连续铸轧中的凝固过程进行了模拟,建立了宏观温度场、浓度场和微观生长过程耦合的凝固组织模拟模型。以CA(Cellular Automaton)模型为基础,建立了晶粒生长过程的局部演变规则,在晶粒尺度上模拟了其凝固过程。应用建立的微观组织模型,研究了工艺参数对凝固组织的影响。模拟结果与实验结果基本吻合,检验了模型的正确性与适用条件。 展开更多

关键词 双辊连续铸轧 微观组织模拟 宏微观耦合模型 元胞自动机-有限单元法

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基于CAFE法的单晶铜杆热型连铸过程晶体生长模拟 被引量：4

8

作者 饶磊 李小龙 李克 《南昌大学学报（工科版）》 CAS 2010年第4期331-334,共4页

基于元胞自动机(CA)和有限元(FE)耦合法对单晶铜杆热型连铸过程中晶粒生长及演化过程进行了模拟,获得了稳定状态下铸棒内温度分布及液固相界面的位置和形态,模拟了连铸初期沿热流方向细小等轴晶快速合并形成柱状晶的过程,采用截面形态... 基于元胞自动机(CA)和有限元(FE)耦合法对单晶铜杆热型连铸过程中晶粒生长及演化过程进行了模拟,获得了稳定状态下铸棒内温度分布及液固相界面的位置和形态,模拟了连铸初期沿热流方向细小等轴晶快速合并形成柱状晶的过程,采用截面形态和极图法分析了定向凝固条件下各个生长时刻的晶粒形貌和晶粒生长取向以及晶粒竞争生长过程中的快速淘汰和慢速淘汰阶段,为热型连铸工艺优化提供了依据。 展开更多

关键词 单晶铜 热型连铸 元胞自动机有限元耦合法 数值模拟

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基于CAFE法模拟自然对流对微观组织的影响 被引量：1

9

作者 王金龙 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第A02期474-478,共5页

在分析元胞自动机-有限元(CAFE)法模拟凝固过程微观组织物理本质和数值计算方法的基础上,运用该法模拟了对流对凝固过程中的温度场、缩孔和疏松及微观组织的影响。模拟结果表明:该法可以实现铸件三维微观组织的模拟,模拟结果与实验吻合... 在分析元胞自动机-有限元(CAFE)法模拟凝固过程微观组织物理本质和数值计算方法的基础上,运用该法模拟了对流对凝固过程中的温度场、缩孔和疏松及微观组织的影响。模拟结果表明:该法可以实现铸件三维微观组织的模拟,模拟结果与实验吻合较好。对流可以起到均匀温度场的作用;对流对凝固过程中的补缩有一定的影响,使缩孔、疏松形貌不规则;对流可以细化铸件的微观组织。 展开更多

关键词 元胞自动机-有限元模型 模拟 对流 微观组织

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激光粉末床熔融修复定向DZ125合金数值模拟与实验研究

10

作者 朱家瑞 戈昊宇 +5 位作者 张玉衡 雍维 尹冰冰 贵云玮 付华栋 束国刚 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期15-28,共14页

激光粉末床熔融(laser powder bed fusion,LPBF)技术具有成形柔性高、无需模具、快速制造等优点,特别适合于结构复杂、精密度高的航空发动机叶片修复工作,但仅通过实验方法难以高效准确地揭示多尺度多物理场耦合的LPBF过程中冶金缺陷和... 激光粉末床熔融(laser powder bed fusion,LPBF)技术具有成形柔性高、无需模具、快速制造等优点,特别适合于结构复杂、精密度高的航空发动机叶片修复工作,但仅通过实验方法难以高效准确地揭示多尺度多物理场耦合的LPBF过程中冶金缺陷和微观组织演变规律。利用有限体积法和元胞自动机模型分别模拟粉末床熔池形态演变与微观组织形成过程,结合实验观察,揭示不同打印参数下合金冶金缺陷和晶粒生长的演变规律。结果表明:LPBF修复过程中,能量密度显著影响熔池形貌,当能量密度小于87.9 J/mm^(3)时粉末颗粒熔化不完全,伴随有孔洞和熔合不良等缺陷形成,而当能量密度大于137.4 J/mm^(3)时,熔池凝固表面平整度明显降低。增加能量密度同时增强熔池水平方向热流干扰,晶体受到剪切力的影响进而导致与基体更大的取向差。此外,激光功率也显著影响着合金微观组织,随着激光功率的增加温度梯度逐渐减小,较低的温度梯度促进过冷液体区域形成,进而促进新晶核的形成,激光功率由150 W增加到250 W时,外延生长晶粒由柱状晶转变为大量杂晶。基于数值模拟方法分析获得LPBF修复DZ125合金的合理工艺参数为:P=200 W,V=1000 mm/s,H=65μm,该方法有助于降低实验成本,加速LPBF修复合金合理工艺参数的获取。 展开更多

关键词 激光粉末床熔融 DZ125合金 有限体积法 元胞自动机

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6061铝合金半连铸圆坯组织瞬态数值模拟研究

11

作者 呼京龙 乐启炽 胡文鑫 《兵器材料科学与工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期25-33,共9页

本文建立了6061铝合金半连铸过程传热模型和元胞自动机-有限元(CAFE)耦合模型,采用边界跟踪法模拟了瞬态条件下不同铸造工艺对凝固组织演变的影响。经试验验证,该模型可模拟6061铝合金半连铸的凝固组织。用其预测不同铸造温度、速度和... 本文建立了6061铝合金半连铸过程传热模型和元胞自动机-有限元(CAFE)耦合模型,采用边界跟踪法模拟了瞬态条件下不同铸造工艺对凝固组织演变的影响。经试验验证,该模型可模拟6061铝合金半连铸的凝固组织。用其预测不同铸造温度、速度和传热系数下的凝固组织。结果表明:铸造温度升高,等轴区宽度从219.1 mm降至187.4 mm,柱状晶和等轴晶均粗化;铸造速度增加,液穴深度增大,等轴晶区的宽度由222.1 mm降至202.4 mm,柱状晶尺寸增大,等轴晶细化;传热系数增大,铸坯边部温度梯度增大,柱状晶粗化,但中心熔体冷却速度增大,对等轴晶有一定细化效果。用半连铸方法生产6061铝合金铸锭,适当降低铸造温度,增大铸造速度和冷却水量有利于形成细小的凝固组织。 展开更多

关键词 边界追踪法 凝固组织 元胞自动机-有限元法 6061铝合金

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信江流域生态健康预测分析 被引量：2

12

作者 徐昕 陈青生 +2 位作者 董壮 贾东远 李成 《水资源保护》 CAS CSCD 2016年第4期154-159,共6页

将压力-状态-响应(pressure-state-response,PSR)模型、网络层次分析法(analytic network process,ANP)和元胞自动机—马尔科夫模型(cellular automaton-Markov,CA-Markov)模型3种方法进行耦合,建立流域生态健康预测模型。基于1990、200... 将压力-状态-响应(pressure-state-response,PSR)模型、网络层次分析法(analytic network process,ANP)和元胞自动机—马尔科夫模型(cellular automaton-Markov,CA-Markov)模型3种方法进行耦合,建立流域生态健康预测模型。基于1990、2000、2010和2020年的资料,选用物元分析法、TOPSIS法以及模糊综合评价法对信江流域生态健康进行分析。结果显示:1990—2000年,信江流域生态健康状态为I等,处于"很健康"水平;2001—2010年,信江流域的生态健康状况持续恶化,达到V等,处于"病态"水平;但预测结果显示在21世纪20年代,信江流域健康得到改善并上升至Ⅲ等,达到"亚健康"水平,虽有所好转,但是仍需重视健康管理和维护。 展开更多

关键词 压力-状态-响应模型 网络层次分析法 元胞自动机-马尔科夫模型 物元分析法 信江流域

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钛合金塑性成形关键技术进展(英文) 被引量：2

13

作者 杨合 武川 +3 位作者 李宏伟 樊晓光 张大伟 吉喆 《中国材料进展》 CAS CSCD 2011年第6期6-13,62,共8页

综述了钛合金塑性成形关键技术的发展状况。重点介绍了成形与微观组织演化的研究与发展。在成形方面,主要讨论了省力成形技术在钛合金大型复杂构件成形中的应用,并给出了相关的实例,如钛合金构件的等温成形、连续/间断局部加载成形等;... 综述了钛合金塑性成形关键技术的发展状况。重点介绍了成形与微观组织演化的研究与发展。在成形方面,主要讨论了省力成形技术在钛合金大型复杂构件成形中的应用,并给出了相关的实例,如钛合金构件的等温成形、连续/间断局部加载成形等;讨论了精确成形技术中的回弹控制与工艺优化等关键问题;在缺陷控制技术方面,主要讨论了如何控制裂纹出现及充填不满等问题;在微观组织演化方面,首先讨论了微观组织的演化机制,如织构与组织形态的演化;其次,讨论了微观组织演化的几种数值建模方法,如内变量法、晶体塑性理论及元胞自动机模型。最后,提出了钛合金构件塑性成形技术领域目前存在的问题与挑战。 展开更多

关键词 钛合金 等温局部加载 大型复杂构件 回弹控制 工艺优化 内变量法 晶体塑性有限元 元胞自动机

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基于一种改进CA模型模拟双辊连续铸轧纯铝微观组织

14

作者 陈守东 陈敬超 彭平 《材料科学与工艺》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第6期73-80,共8页

基于枝晶生长的基本传输过程和元胞自动机(Cellular Automaton,简称CA)-有限元(Finite Element,简称FE)模型基本原理,建立了适应双辊连续铸轧纯铝薄带工艺特点的凝固过程形核和晶体生长的数学模型.模型耦合了宏观温度场和微观组织模拟计... 基于枝晶生长的基本传输过程和元胞自动机(Cellular Automaton,简称CA)-有限元(Finite Element,简称FE)模型基本原理,建立了适应双辊连续铸轧纯铝薄带工艺特点的凝固过程形核和晶体生长的数学模型.模型耦合了宏观温度场和微观组织模拟计算,考虑了溶质扩散、曲率过冷和各向异性等重要因素的影响,定义了界面单元捕获规则,能够模拟凝固过程中枝晶生长的形态.应用本模型对双辊连续铸轧纯铝薄带凝固过程中等轴晶生长、等轴晶多晶粒生长及柱状晶生长、柱状晶向等轴晶演化进行模拟并与实验结果进行对比,模拟结果与实验结果吻合较好,验证了模型的正确性. 展开更多

关键词 纯铝 双辊连续铸轧 凝固微观组织模拟 元胞自动机-有限元方法 枝晶形貌

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电渣重熔工艺对GCr15轴承钢凝固组织的影响 被引量：5

15

作者 吕斌 李志强 +3 位作者 杨智勇 刘小龙 李卫京 韩建民 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第24期24134-24141,共8页

基于CAFE法(元胞自动机-有限元模型),采用ProCAST对电渣重熔方法生产的GCr15轴承钢钢锭的微观组织进行数值模拟,得到了电渣钢锭的晶粒生长过程、熔池形状变化和晶区分布情况,并分析了不同的工艺参数对熔池形状以及凝固组织的影响。熔池... 基于CAFE法(元胞自动机-有限元模型),采用ProCAST对电渣重熔方法生产的GCr15轴承钢钢锭的微观组织进行数值模拟,得到了电渣钢锭的晶粒生长过程、熔池形状变化和晶区分布情况,并分析了不同的工艺参数对熔池形状以及凝固组织的影响。熔池深度随着钢锭固相区的扩展而变得越来越深,当钢锭长到一定高度,熔池深度和晶粒生长方向均不再变化。研究结果表明:结晶器冷却强度越大,熔池温度越低,熔池深度与钢锭半径之比h/R越小,而晶粒平均尺寸增大且柱状晶越多;渣池温度越高,h/R越大,晶粒平均尺寸增大;重熔速度是最显著的影响因素,熔速增大,h/R显著增大,柱状晶尺寸增大且数量增多。经过对电渣锭的凝固组织观察试验发现,模拟结果与试验结果有较好的一致性。 展开更多

关键词 元胞自动机-有限元模型(CAFE) 电渣重熔 GCR15轴承钢 金属熔池 微观组织

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