基于MPI并行的PF-LBM三维枝晶生长模型模拟计算

材料微观组织数值模型模拟是一个密集型计算问题,其模拟时间太长且模拟规模太小.特别是在反映现实模拟的三维多场耦合材料枝晶成型过程中,由于模拟规模太小和计算时间太长,从而导致不能清楚地、及时地反映出枝晶的生长过程.为解决这两个问题,提出使用MPI对等模式对耦合流场的相场法进行三维晶枝生长模型模拟计算,并沿x轴等值面切割整个模型,把分割后的小模型分到不同MPI节点中实现并行运算.结果表明:在相同模拟规模下,10个MPI并行计算节点的加速比可达串行的19.9倍;同时其模拟规模也从串行的211×211×211个网格数增加到388×388×388个网格数.证明使用MPI并行计算对PF-LBM进行模拟解决了单CPU上模拟规模太小和计算时间太长的问题.     

改进平行坐标系框架下的多维电磁态势展现

针对传统三维空间显示框架难以对电磁态势中多个维度信息进行有效可视化展现的问题,提出了一种基于改进型平行坐标系框架的多维电磁态势展现方法.对传统的平行坐标系方法进行了改进,提出了数据项拟合、定量映射、自适应时间滑窗、空间精确划分4个部分的算法理论模型.其中基于贝塞尔曲线的数据拟合用以解决各维度间数据项连接时的数据遮蔽混淆以及电磁态势各个维度之间信息关联不清晰的问题.为了将电磁态势的多个维度的信息定量映射到平行坐标系中,提出并设计了电磁态势基本维度的量化策略方法模型;提出了自适应步长的时间滑窗机制,能够有效调整电磁态势展现时间间隔,使其能够充分适应电磁环境的动态变化;设计了针对空间区域划分精度的目标函数,基于此定量分析了空间离散化的准确度和时间开销之间的关系.实验结果表明改进后的平行坐标系方法能够快速、有效地展现复杂的多维电磁态势信息,提出的贝塞尔曲线绘制能够优化显示总体电磁态势中的重要维度的信息,以更清晰、更精确、更便于理解的方式展现复杂电磁态势数据的分布特征和关联关系.     

强迫层流环境下多晶粒生长的相场法模拟

将模拟流场所用的Lattice Boltzmann方法(简称LBM)和模拟枝晶生长的相场模型进行耦合,模拟Al-Cu合金等温凝固过程中多晶粒在纯扩散和存在对流情况下枝晶的生长状况.模拟结果显示:在枝晶的生长初期,无论是纯扩散还是存在对流,各晶粒间间距较大,无相互影响,独立生长;纯扩散条件下枝晶呈现明显的对称性,强迫层流作用下,由于对流的存在,上游侧枝晶比下游侧枝晶发达;随着枝晶慢慢长大,各晶粒相互影响,产生竞争生长,导致枝晶生长产生不对称性;流速的大小会影响枝晶的生长形貌,流速越大,枝晶生长越快,非对称性越严重,下游越易产生涡流.     

二元合金多晶粒的枝晶生长的等温相场模型

基于Ginzburg-Landau理论和单晶粒的枝晶生长模型，发展了一个单相场控制的多个晶粒的枝晶生长模型. 采用相场和溶质场耦合的方法，以Al-2%Cu合金为例模拟了二元合金等温凝固过程中多个晶粒的生长过程. 结果表明，这个模型的计算结果展现了多个晶粒枝晶的竞争生长，能较真实的再现凝固过程中的枝晶的生长过程.     

纯物质过冷熔体中自由枝晶生长相场模型的自适应有限元法模拟

基于自适应有限元方法,通过求解表征纯物质相场模型的非线性抛物型方程,研究镍过冷熔体中不同起伏情况下单个完整等轴枝晶的演化过程.模拟结果表明:采用自适应有限元方法求解相场模型时结果更接近真实物理模型,在计算终止时整个计算域节点数仅为2.79×105个,远小于采用相同网格间距普通方法的1.6×106个,较大不同计算域对枝晶尖端速度的平衡值影响不大;随着起伏强度的增大,枝晶尖端获得更高的温度梯度,等温线波动更大,一次枝晶臂表面失稳,二次枝晶臂向过冷溶液中凸起的趋势越强,二次枝晶臂越发达.     

尼龙66-盐与碳纤维复合-固态缩聚的研究

本工作借助偏光显微镜,扫描电子显微镜和热分析方法(DSC,TGA)研究了尼龙66盐与碳纤维复合-固态缩聚反应历程及纤维-树脂之间的界面效应。发现对尼龙66盐的“原位固态缩聚”存有如碳纤维表面的成核结晶和催化效应之类的界面效应。讨论了碳纤维的界面效应对尼龙66基体的外延结晶和熔融行为及其热氧化稳定作用的影响。     

CAD/CAE/CAM在砂型铸造中的应用

针对中大型复杂铸件生产周期长,试制成本高等问题,提出一种铸造CAD/CAE/CAM一体化新方法.以大型球墨铸铁件为例,依据二维零件图,运用CATIA V5 CAD模块完成三维模型建立,对模板、芯盒完成CAD/CAM设计,并以芯盒部分为例分析说明;用Experto-ViewCast铸造CAE软件,模拟铸件充型凝固过程,分...     

镁合金厚壁压铸铸件的铸造参数确定与工艺模拟

以镁合金拉伸/冲击试棒构成的铸件为研究对象,分析厚壁压铸铸件的各项铸造工艺参数.借助铸造CAE技术,结合PQ平方图及金属液波动模型优化内浇口面积及各项速度参数,模拟高压铸造过程中水冷却系统、内浇口速度对凝固缺陷的影响.结果表明:该铸件内缩孔、缩松的位置与大小.解决厚壁压铸铸件各项工艺参数合理选择的问题.     

多柔体系统动力学符号演算的研究

多柔体系统动力学涉及繁杂的数学运算,对系统动力学方程和系数矩阵进行手工推导是低效而不可靠的．采用数值化方法进行系统动力学分析将包括许多虚运算和重复计算,使得计算效率和精度受到了影响．同时对约束和外力的变化适应性较差．本文在通用计算机符号演算软件ＭＡＴＨＥＭＡＴＩＣＡ环境下,研究了多柔体系统动力学的计算机符号演算方法,提出将多柔体系统动力学建模和数值分析的问题在ＭＡＴＨＥＭＡＴＩＣＡ环境中一体化解决,并通过实践说明这一方法是可行的和有效的．     

La和Nd在其氯化物熔体中的电化学腐蚀

稀土金属在其氯化物熔盐中的自腐蚀是导致电解制备稀土金属时电流效率降低的一个重要原因。但由于实验技术上的困难,有关这方面的研究报道不多。本文将在水溶液体系中常用的电化学弱极化测量腐蚀速度及电化学参数的方法用之于La、Nd在其氯化物熔盐体系中的腐蚀,表明同样适用。