6061铝合金半连铸圆坯组织瞬态数值模拟研究

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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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三维实体问题分析中的元胞单元法 被引量：10

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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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梯度多胞牺牲层的抗爆炸分析 被引量：12

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作者 蔡正宇 丁圆圆 +2 位作者 王士龙 郑志军 虞吉林 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第3期396-404,共9页

运用一维非线性塑性冲击波模型和细观有限元模型对密度梯度多胞牺牲层的抗爆炸性能进行了分析。基于率无关的刚性-塑性硬化模型,建立了描述冲击波在多胞牺牲层中传播的控制方程,分别给出了正、负密度梯度多胞材料在指数型爆炸载荷作用... 运用一维非线性塑性冲击波模型和细观有限元模型对密度梯度多胞牺牲层的抗爆炸性能进行了分析。基于率无关的刚性-塑性硬化模型,建立了描述冲击波在多胞牺牲层中传播的控制方程,分别给出了正、负密度梯度多胞材料在指数型爆炸载荷作用下的响应特性。研究了可正好吸收爆炸能量的梯度多胞牺牲层的临界厚度与载荷强度、覆盖层质量、多胞材料的密度梯度等参数之间的关系,给出了以临界厚度和支撑端应力峰值为指标的密度梯度设计图。运用二维细观有限元模型验证了基于非线性塑性冲击波模型的抗爆炸分析的有效性。 展开更多

关键词 多胞材料 牺牲层结构 爆炸载荷 冲击波 有限元方法

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腐蚀环境中铝合金材料力学性能退化研究 被引量：4

4

作者 张恩山 郭东旭 +3 位作者 王燕昌 任克亮 高士武 郭晓菊 《兵器材料科学与工程》 CAS CSCD 北大核心 2014年第5期23-27,共5页

针对金属材料在服役环境中由于环境介质作用而使其力学性能降低这一问题,采用元胞自动机方法对航空工程结构中的铝合金材料,在不同环境条件下的腐蚀损伤演化过程进行模拟,得到铝合金表面腐蚀损伤的形成及演化过程;最后结合计算机图形图... 针对金属材料在服役环境中由于环境介质作用而使其力学性能降低这一问题,采用元胞自动机方法对航空工程结构中的铝合金材料,在不同环境条件下的腐蚀损伤演化过程进行模拟,得到铝合金表面腐蚀损伤的形成及演化过程;最后结合计算机图形图像处理技术,对铝合金腐蚀损伤元胞自动机模拟结果进行腐蚀图像特征提取及有限元分析,得到了材料表面腐蚀损伤周围的应力分布和结构的最大承载力。 展开更多

关键词 铝合金 腐蚀损伤 元胞自动机 有限元方法

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双排格形地下连续墙的空间变形三维有限元分析 被引量：9

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作者 仇建春 时爱祥 +2 位作者 夏友超 殷建峰 蔡婷婷 《水利水电技术》 CSCD 北大核心 2014年第8期78-82,共5页

双排格形地下连续墙作为基坑工程的一种新型自立式支护结构,不仅可以发挥地连墙的作用,还有着墙体刚度大、抗渗性好、无需安装内支撑的优点。本文以某深基坑工程为例,采用有限单元法模拟基坑开挖与降水,重点分析双排格形地下连续墙的空... 双排格形地下连续墙作为基坑工程的一种新型自立式支护结构,不仅可以发挥地连墙的作用,还有着墙体刚度大、抗渗性好、无需安装内支撑的优点。本文以某深基坑工程为例,采用有限单元法模拟基坑开挖与降水,重点分析双排格形地下连续墙的空间变形特性。 展开更多

关键词 双排格形地下连续墙 变形 有限元 基坑开挖 降水

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十四面体闭孔多孔材料表征量特性研究 被引量：2

6

作者 朱虹 韩杰才 +1 位作者 张宇民 张立刚 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第5期71-75,共5页

为了研究多孔材料微观结构对其性能的影响,利用闭孔粗棱十四面体模型进行了数值模拟.采用有限元法,对相对弹性模量、泊松比进行了数值计算.模拟结果表明:单胞壁厚是相对密度增量的次要影响因素,壁面连接曲率半径是主要影响因素,壁厚、... 为了研究多孔材料微观结构对其性能的影响,利用闭孔粗棱十四面体模型进行了数值模拟.采用有限元法,对相对弹性模量、泊松比进行了数值计算.模拟结果表明:单胞壁厚是相对密度增量的次要影响因素,壁面连接曲率半径是主要影响因素,壁厚、壁面连接曲率半径可简化为相对密度的2个无关影响因素;高孔隙率多孔材料,表面张力拉向孔穴棱边的固体对相对弹性模量的影响较小,低孔隙率多孔材料则影响较大.得到了相对密度对微结构的依赖性及归一化关系同时也得到了微结构、相对密度对相对弹性模量、泊松比的影响规律. 展开更多

关键词 多孔材料 十四面体模型 弹性性能 有限元

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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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并行元胞单元法 被引量：12

8

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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飞机结构腐蚀数值仿真模拟的研究进展 被引量：3

9

作者 王海涛 韩恩厚 《装备环境工程》 CAS 2020年第2期61-65,共5页

系统介绍了飞机结构腐蚀数值仿真模拟中应用较为广泛的元胞自动机方法、有限元方法、边界元方法,尤其是它们在点蚀、电偶腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀仿真的研究现状,并对各自方法的优点和缺点与适用的范围进行了阐述,以期对该领域的研究... 系统介绍了飞机结构腐蚀数值仿真模拟中应用较为广泛的元胞自动机方法、有限元方法、边界元方法,尤其是它们在点蚀、电偶腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀仿真的研究现状,并对各自方法的优点和缺点与适用的范围进行了阐述,以期对该领域的研究者提供一定的导向作用。 展开更多

关键词 飞机 腐蚀 仿真模拟 元胞自动机 有限元 边界元

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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

10

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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格型钢板桩与复合地基组合式岛壁稳定性研究 被引量：8

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作者 王婷婷 陈良志 李建宇 《水运工程》 北大核心 2019年第1期173-178,198,共7页

结合某海上人工岛工程实例,以有限元软件PLAXIS 3D作为分析平台,建立格型钢板桩岛壁结构稳定性分析的空间弹塑性有限元模型。研究软土地基上格型钢板桩结构的变形与稳定特性,分析当格型体与多种复合地基相组合时对岛壁结构稳定性的影响... 结合某海上人工岛工程实例,以有限元软件PLAXIS 3D作为分析平台,建立格型钢板桩岛壁结构稳定性分析的空间弹塑性有限元模型。研究软土地基上格型钢板桩结构的变形与稳定特性,分析当格型体与多种复合地基相组合时对岛壁结构稳定性的影响。结果表明,对格型钢板桩内外土体进行地基加固后,结构稳定性均有不同程度的提高,特别是在岛内即格型体陆侧进行一定宽度高压旋喷桩的处理后,岛壁结构的稳定性大幅度提高,并能有效控制使用期人工岛的沉降量。分析成果对类似工程以及格型钢板桩结构在软土地基上的推广应用有参考意义。 展开更多

关键词 格型钢板桩结构 人工岛 岛壁结构 复合地基 稳定性 空间有限元分析

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改变力学环境后松质骨胞元结构的预测 被引量：3

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作者 张春秋 朱兴华 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2001年第2期175-181,157,共8页

松质骨是骨的重要组成部分 ,结构疏松、多孔 ,由针状、片状骨小梁组成多种胞体 ,其结构称为胞元结构。正常生理状态下 ,骨质的形成与吸收呈平衡态 ,骨结构稳定。当骨所处的力学环境发生变化时 ,骨的结构形态也随之变化。松质骨细观结构... 松质骨是骨的重要组成部分 ,结构疏松、多孔 ,由针状、片状骨小梁组成多种胞体 ,其结构称为胞元结构。正常生理状态下 ,骨质的形成与吸收呈平衡态 ,骨结构稳定。当骨所处的力学环境发生变化时 ,骨的结构形态也随之变化。松质骨细观结构数值模拟变化的力学环境与骨结构的关系目前未见报道。本文是采用带有生理限定应力的自适应生理模型与有限元相结合的方法 ,在力学环境发生变化后用计算机预测松质骨胞元结构 ;定量的研究了松质骨胞元结构从一种优化平衡态到另一种平衡态与其力学环境的关系 ,模拟了松质骨胞元结构的变化与力学环境的适应性 。 展开更多

关键词 胡限元 自适应 结构预测 生理限定应力 松质骨 胞元结构

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闭孔泡沫铝材料十四面体模型的改进 被引量：1

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作者 屠永清 刘林林 +1 位作者 万剑芳 杨明 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第2期275-279,共5页

基于对闭孔泡沫铝发泡过程更为合理的假设,提出了描述胞体结构的改进的十四面体模型,使之可以反映密度增大时质量集中于支柱和顶点的情况。采用有限元方法及耦合边界条件,研究了闭孔泡沫铝的相对弹性模量、泊松比等弹性特征与胞体参数... 基于对闭孔泡沫铝发泡过程更为合理的假设,提出了描述胞体结构的改进的十四面体模型,使之可以反映密度增大时质量集中于支柱和顶点的情况。采用有限元方法及耦合边界条件,研究了闭孔泡沫铝的相对弹性模量、泊松比等弹性特征与胞体参数的关系,给出了拟合的弹性模量的计算公式,并对模型在弹性压缩变形下应力分布进行了分析。通过与已有模型的比较表明,改进模型可以较好地模拟闭孔泡沫铝材料的弹性性能。 展开更多

关键词 闭孔泡沫铝 胞体结构 弹性性能 有限元法

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基于偶应力理论的格栅材料等效介质模型 被引量：2

14

作者 苏文政 刘书田 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第6期776-785,共10页

考察了结构最小尺寸与材料特征长度量级相当的格栅材料等效性能,建议了基于偶应力理论的格栅材料等效介质模型以及确定等效模量的代表体元模型,给出了相应的位移边界条件.在此基础上导出了正交各向异性偶应力介质的特征长度表达式和偶... 考察了结构最小尺寸与材料特征长度量级相当的格栅材料等效性能,建议了基于偶应力理论的格栅材料等效介质模型以及确定等效模量的代表体元模型,给出了相应的位移边界条件.在此基础上导出了正交各向异性偶应力介质的特征长度表达式和偶应力介质梁的抗弯刚度表达式,定义了偶应力影响因子δ以表征梁的偶应力效应.具体计算了几种典型的格栅材料的等效偶应力模量以及格栅梁在一定工况下的挠曲线,并与相应的有限元离散解进行对比,结果表明,等效结果具有较高精度,且当宏观结构的尺寸和微结构尺寸相差不大时,宏观结构表现出强烈的偶应力效应.偶应力介质的特征长度表征了偶应力效应的强弱,进而分析了格栅材料的相对密度,单胞尺寸以及几何构型对等效介质特征长度的影响. 展开更多

关键词 多孔固体 格栅材料 偶应力 特征长度 代表体元法

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无支撑基坑变形特性的三维有限元分析 被引量：2

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作者 侯永茂 王建华 顾倩燕 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第6期972-975,共4页

建立三维有限元模型对采用格型地下连续墙和高桩梁板地下连续墙围护结构的船坞基坑进行分析,计算中假定土体为横观各向同性体,考虑土与结构的共同作用以及土体分区开挖.通过分析实测数据和计算结果,研究了无支撑船坞基坑开挖过程中格型... 建立三维有限元模型对采用格型地下连续墙和高桩梁板地下连续墙围护结构的船坞基坑进行分析,计算中假定土体为横观各向同性体,考虑土与结构的共同作用以及土体分区开挖.通过分析实测数据和计算结果,研究了无支撑船坞基坑开挖过程中格型地下连续墙和高桩梁板地下连续墙的变形特性.计算结果表明,船坞基坑围护结构的变形性状受其结构形式以及施工工况的影响,基坑内部桩基对船坞基坑围护结构变形影响较大,船坞基坑的开挖对临近基坑的影响很小. 展开更多

关键词 格型地下连续墙 高桩梁板地下连续墙 无支撑 三维有限元方法 变形特性

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格形地下连续墙竖向承载特性研究 被引量：12

16

作者 侯永茂 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第4期701-708,共8页

格形地下连续墙不仅可以用作基坑的围护结构,亦可以作为竖向承重结构。由于目前关于格形地下连续墙竖向承载特性的理论和试验研究非常匮乏,设计中往往采用相当保守的态度。在原位静载试验和三维有限元分析的基础上,对格形地下连续墙的... 格形地下连续墙不仅可以用作基坑的围护结构,亦可以作为竖向承重结构。由于目前关于格形地下连续墙竖向承载特性的理论和试验研究非常匮乏,设计中往往采用相当保守的态度。在原位静载试验和三维有限元分析的基础上,对格形地下连续墙的竖向承载机理进行研究,研究结果表明格形地下连续墙的竖向承载机理与灌注桩存在很大差异。基于广泛的参数分析,如土体力学指标、格形地下连续墙的几何尺寸等,提出格形地下连续墙竖向承载力的简化计算公式,可以用于指导格形地下连续墙竖向承载结构的设计和施工。 展开更多

关键词 格形地下连续墙 竖向承载力 原位试验 三维有限元方法

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基于强度折减法的格仓式圆筒围堰稳定性有限元分析 被引量：1

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作者 焉振 王元战 +2 位作者 肖忠 张华庆 孙熙平 《中国港湾建设》 2018年第1期7-11,38,共6页

格仓式圆筒作为深厚软土地基上人工岛围堰主体结构,其在围堰内部填土、外部尚未抛石斜坡堤工况下作用荷载复杂,难以采用有限元加载系数法进行稳定性分析。结合工程算例,基于强度折减法建立格仓式圆筒围堰三维弹塑性有限元分析模型。建... 格仓式圆筒作为深厚软土地基上人工岛围堰主体结构,其在围堰内部填土、外部尚未抛石斜坡堤工况下作用荷载复杂,难以采用有限元加载系数法进行稳定性分析。结合工程算例,基于强度折减法建立格仓式圆筒围堰三维弹塑性有限元分析模型。建议了基于强度折减系数-位移(Fv-S)曲线突变点法失稳判别标准,得到格仓式圆筒失稳模式和稳定性安全系数。结果表明格仓式圆筒结构失稳模式为筒体倾覆破坏,稳定性安全系数随格体入土深度增加而增大,随水平荷载和后方堆载的增加而减小。研究成果可为格仓式圆筒围堰工程设计提供借鉴和参考。 展开更多

关键词 格仓式圆筒围堰 有限元分析 强度折减法 失稳判别标准

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矿山岩层细观尺度破坏数值模拟研究若干进展 被引量：1

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作者 谭云亮 吴元伟 《山东科技大学学报（自然科学版）》 CAS 2009年第4期1-4,共4页

为了揭示岩石细观尺度破裂演化及其力学特征,研究获得的力学元胞自动机(MCA)方法能够基于能量传递及耗散规则,有效模拟细胞岩石破坏演化过程及其能量释放规律;开发的细观二维颗粒元(2D-ball)模拟方法实现了对煤岩动力过程及其能量变化... 为了揭示岩石细观尺度破裂演化及其力学特征,研究获得的力学元胞自动机(MCA)方法能够基于能量传递及耗散规则,有效模拟细胞岩石破坏演化过程及其能量释放规律;开发的细观二维颗粒元(2D-ball)模拟方法实现了对煤岩动力过程及其能量变化的有效模拟;研究改进的Boltzmann方法实现了对裂隙煤体内瓦斯运移规律及解吸附特征的有效模拟。 展开更多

关键词 岩层 细观 力学元胞自动机 二维颗粒元 BOLTZMANN方法

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基于元胞自动机的钻柱力学模型建立和求解

19

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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基于一种改进CA模型模拟双辊连续铸轧纯铝微观组织

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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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