板带钢热连轧及微观组织演变非线性三维仿真

 普碳钢热连轧成形过程是一个高度非线性的问题，存在几何非 线性，材料非线性和接触非线性. 本文针对上海宝钢2050热连轧生产 线进行研究，通过实验确定SS400钢的真应力-应变曲线，确定该钢种 的变形抗力与温度、应变、应变率的关系，对有限元软件ABAQUS进行 二次开发，将率相关的各向同性强化变形抗力模型写入用户材料子程 序，对轧制过程中的温度场，应力-应变场进行完全热力耦合的分析. 同时，对轧制过程中工件微观组织(晶粒度)的演变过程进行数值模拟， 从而为保证成形件的质量、制定合理的成形工艺等提供可靠依据，同 时为最终实现产品性能的在线数值预报奠定基础.     

Continuous Method for Describing Dendrite Evolution During Solidification

A continuous method is presented to deal with the discontinuous physical properties on both sides of solid/liquld interface during the solidification process. Then single dendrite evolution in two and three dimensions is simulated by using this method. Multi-grain evolution is also simulated during solidification by the method. The method is easy to be understood and does not need all details of dendrite. The simulated results can reflect the random characteristic of dendrite evolution and the micro-segregation of solute.     

元胞自动机方法模拟枝晶生长

为了能够准确反映具有明显界面的枝晶生长过程，利用元胞自动机方法模拟了凝固过程中固液两相具有不同热物理性质的枝晶生长.在模拟过程中发现，凝固过程中溶质易于富集在枝晶臂之间，同时随着凝固时间的延长，界面前沿的溶质浓度梯度和温度梯度逐渐下降.利用模拟所得的枝晶尖端半径与理论计算的相比较，发现随着枝晶尖端速度的增加，枝晶尖端半径逐渐下降，模拟与理论结果符合较好，偏差小于1μm. 关键词： 枝晶生长 凝固 偏析 模拟     

Ab initio study of dynamical properties of U-Nb alloy melt

The U-Nb alloy, as a kind of nuclear material with good corrosion resistance and mechanical properties, plays an important role in the nuclear industry. However, the experimental measurements and theoretical calculations of many parameters which are essential in describing the dynamical properties of this alloy melt, including density, diffusivity, and viscosity, have not been carried out yet. The lack of data on the dynamical properties of nuclear materials seriously hinders the high-performance nuclear materials from being developed and applied. In this work, the dynamical properties of the U-Nb alloy melt are systematically studied by means of ab initio molecular dynamics simulations and their corresponding mathematical models are established, thereby being able to rapidly calculate the densities, diffusion coefficients, viscosities, and their activation energies in the whole U-Nb liquid region. This work provides a new idea for investigating the dynamical properties of binary alloy melts, thereby promoting the development of melt research.     

自由枝晶生长相场模型的自适应有限元法模拟

采用自适应有限元方法求解了相场模型的控制方程,利用自适应有限元法在求解效率和精度上的优势,模拟了计算域较大,界面层厚度较薄的情况下镍过冷熔体中单个完整等轴晶的演化过程,使相场模型模拟结果更接近于真实物理模型,并探讨了二次枝晶臂的演化机理.模拟结果表明,二次枝晶臂的演化主要由热扩散控制,并受随机扰动影响,在四个象限内呈现出不对称生长.同时,受枝晶臂生长时排出的潜热积聚作用,同一侧的枝晶臂对新的二次枝晶臂的产生有促进作用.此外,二次枝晶臂出现合并、缩颈熔断、轴向熔化和径向熔化等四种粗化方式. 关键词： 自由枝晶生长 相场 自适应有限元法     

Fe-C合金中形变诱导动态相变的蒙特卡罗模拟

采用蒙特卡罗（MC）方法模拟了Fe-C合金在奥氏体-铁素体相变的平衡温度之上的形变诱导动态相变过程.通过建立合适的MC规则,在一个MC模型中同时实现了奥氏体-铁素体相变、铁素体-奥氏体逆相变以及奥氏体动态再结晶过程的模拟.同时,一个基于矢量变换的拓扑模型被嵌入此MC相变模型,用来跟踪由于塑性变形导致的晶粒形貌变化.在此基础上模拟分析了动态相变过程中铁素体的形成特点,讨论了由于相变、逆相变和动态再结晶交互作用所带来的影响. 关键词： 形变诱导动态相变 蒙特卡罗模型 动态再结晶 介观模拟     

考虑固相移动的大尺寸钢锭宏观偏析数值模拟

以欧拉方法和体积元平均技术为基础,建立考虑固相移动的大尺寸钢锭宏观偏析数学模型.研究了纯自然对流和包含固相移动两种情况下宏观偏析形成的模式,分析了临界固相分数和固相密度变化对宏观偏析形成的影响.计算结果表明：无论是否考虑固相移动,A型偏析形成机理是侧壁形成的固相与底部形成的固相之间形成狭窄的补缩通道,此通道内溶质富集且流动不顺畅,最后形成了高成分区域.增大临界固相分数会导致A型偏析带和底部负偏析的加剧.固相密度的增加会引起底部负偏析和顶部正偏析的偏析程度增大,但A型偏析带的长度不随固相密度的增加而增长.将模拟结果和实验结果进行对照,验证了模型的准确性. 关键词： 宏观偏析 固相移动 A型偏析形成 数值模拟     

多晶材料晶粒生长粗化过程的相场方法模拟

基于采用晶体有序化程度参量ψ和晶体学取向θ来表示多晶粒结构的相场模型,利用自适应有限元方法模拟了多晶材料等温过程中的晶粒粗化现象.模拟结果显示,在曲率作用下,通过晶界迁移弯曲晶界逐渐平直化,小晶粒逐渐被大晶粒吞并,当晶界之间的取向差较小时,满足一定能量和几何条件的两晶粒在界面能作用下会发生转动,合并为单个晶粒.模拟结果与实验结果符合较好.因此,该相场模型可以很好地用来模拟固态相变中多晶材料的生长粗化等现象. 关键词： 相场 晶界迁移 晶粒转动 粗化     

宏微观耦合模拟熔池不同区域中枝晶竞争生长过程

针对熔化焊过程建立了宏微观耦合模型,模拟了熔池内不同区域凝固过程中随机取向枝晶的竞争生长过程. 通过宏观三维有限元模型计算熔池中瞬态的传热传质过程,利用双线性插值算法将凝固参数传递给微观组织模型. 采用元胞自动机法模拟随机取向的枝晶在熔池凝固条件下的竞争生长过程. 模拟结果表明,所建立的微观模型能够精确模拟任意生长取向的枝晶. 凝固条件中最大温度梯度方向对枝晶竞争过程有明显选择作用,生长方向与最大温度梯度方向相同或接近的枝晶在竞争中具有更大优势. 焊缝中的晶粒组织由枝晶簇发展形成,晶粒组织的形貌演变取决于相邻枝晶簇之间的竞争过程,具有择优取向的枝晶簇会逐渐排挤非择优取向的枝晶簇并最终将其阻挡在凝固组织内部,宏观晶粒的取向与其内部枝晶簇的生长方向并不一定相同. 熔池中心线附近区域在焊接过程中具有更小的温度梯度、更大的凝固速率以及更大的局部冷却速率,凝固后可以获得更加细小的焊缝枝晶组织. 枝晶间距的模拟结果与相应凝固条件下的试验数据符合较好. 关键词： 焊接熔池 枝晶形貌 竞争生长 元胞自动机     

γ-α相变中不同晶界特征下铁素体生长形貌的相场模拟

利用多相场模型模拟了奥氏体(γ)-铁素体(α)相变过程中不同晶界特征下铁素体晶粒的形貌与生长动力学.模型中通过能量梯度系数和耦合项系数的协同变化定量表达晶界能与晶界迁移率的各向异性,同时固定相场界面宽度来保证计算精度.模拟结果显示:随着原奥氏体晶界能与铁素体-奥氏体晶界能比值σ_(γ,γ)/σ_(α,γ)的增加,三叉相界面处的平衡角β减小,铁素体晶粒沿原奥氏体晶界与垂直于奥氏体晶界方向的生长速率差变大.铁素体与奥氏体晶粒间的晶粒取向越接近,铁素体生长越缓慢.模拟结果可描述铁素体晶粒生长形貌的多样性,与实验结果符合.