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基于相场方法的铀枝晶生长电化学-流场耦合研究
1
作者 赵干 许晓锐 +2 位作者 周文涛 王亚飞 王德忠 《无机盐工业》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期64-71,共8页
铀枝晶生长是导致乏燃料后处理电解精炼装置发生意外短路的潜在威胁因素,同时会使铀产物夹杂大量熔盐,影响产物纯度。为了更好地理解铀枝晶生长的微观机理,掌握阴极沉积形貌的控制方法,基于相场方法建立了铀在阴极的电沉积模型,研究了... 铀枝晶生长是导致乏燃料后处理电解精炼装置发生意外短路的潜在威胁因素,同时会使铀产物夹杂大量熔盐,影响产物纯度。为了更好地理解铀枝晶生长的微观机理,掌握阴极沉积形貌的控制方法,基于相场方法建立了铀在阴极的电沉积模型,研究了铀枝晶的底部沉积宽度、主枝晶干高度和总沉积面积等形貌参数对流场速度变化的依赖规律。发现外加流场的引入会使铀枝晶的底部沉积宽度降低37.18%,主枝晶干高度降低30.5%,总沉积面积降低49.3%。说明外加流场可以抑制铀枝晶生长,改善铀沉积形貌,但同时也会使破碎的枝晶须重新溶解到熔盐体系中,降低铀电解精炼效率。另外,通过对流场与电解电压、初始浓度等沉积条件耦合影响下铀枝晶形貌特征相图的分析可知,在实际电解精炼过程中,应在保证电解精炼效率的基础上尽量选择高初始浓度和高电解电压的沉积条件,同时设置合理的流场速度以获得理想的铀枝晶沉积形貌。 展开更多
关键词 铀枝晶生长 相场方法 流场
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定制电解液或隔膜实现锂离子各向异性输运从而抑制枝晶生长:相场模拟研究
2
作者 李亚捷 陈斌 +4 位作者 王依平 邢辉 赵伟 张更 施思齐 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2024年第3期71-72,共2页
电池内部不可控的枝晶生长问题严重地影响着电池的循环性能和安全性能,这对于锂金属电池的实际应用是一个严峻的挑战。尽管已有较多的实验和理论研究工作聚焦于电极间锂离子各向异性输运特性对枝晶形貌的影响,但仍有一些开放性的问题有... 电池内部不可控的枝晶生长问题严重地影响着电池的循环性能和安全性能,这对于锂金属电池的实际应用是一个严峻的挑战。尽管已有较多的实验和理论研究工作聚焦于电极间锂离子各向异性输运特性对枝晶形貌的影响,但仍有一些开放性的问题有待进一步研究,例如,如何将枝晶生长的动态演变与电解液性质、电势分布或隔膜多孔结构诱导的锂离子各向异性输运关联起来。我们通过将锂离子在电解液中的扩散系数(D_(L))表示为二阶张量的形式并进行相场模拟,发现D_(yy):D_(xx)比值的增加,以及电势诱导的电极/电解液界面锂离子快速扩散层均可以降低界面处锂离子浓度梯度和电势梯度,从而减弱枝晶生长的驱动力。我们还发现隔膜基体与y方向之间夹角的增大也会显著促进电解质中的锂离子各向异性输运特性,以利于抑制枝晶生长。籍此本文提出设计D_(yy):D_(xx)=10:1的电解液和基体倾斜角为arctan(0.5)的隔膜用于锂金属电池。该相场研究有望为设计具有抑制枝晶能力的电解质或隔膜提供指导。 展开更多
关键词 锂枝晶 相场模拟 电解质 隔膜 锂离子扩散系数
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断裂相场模型的三维自适应有限元方法
3
作者 裘沙沙 刘星泽 +2 位作者 宁文杰 姚伟岸 段庆林 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2024年第4期391-399,共9页
发展了鲁棒的预测-校正算法,建立了断裂相场模型的三维自适应有限元分析.相场模型可以方便地处理复杂的断裂问题,避免了额外追踪裂纹路径且没有网格依赖性.然而,三维相场建模往往需要非常精细的网格,这降低了求解效率.针对该问题,基于... 发展了鲁棒的预测-校正算法,建立了断裂相场模型的三维自适应有限元分析.相场模型可以方便地处理复杂的断裂问题,避免了额外追踪裂纹路径且没有网格依赖性.然而,三维相场建模往往需要非常精细的网格,这降低了求解效率.针对该问题,基于交错求解方案发展了预测-校正网格自适应细化算法,实现了三维结构裂纹扩展的高精度分析.数值算例表明,所发展的方法能够准确合理地描述结构的裂纹扩展,同时网格可以在裂纹扩展的路径上自适应地细化. 展开更多
关键词 断裂力学 相场模型 自适应细化 有限元法 三维裂纹
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外加载荷对热弹性马氏体正-逆相变影响机制的相场模拟研究
4
作者 王丽红 满蛟 +2 位作者 姜一鸣 刘庚根 周建平 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期222-228,共7页
本工作建立了一种新的马氏体逆相变的相场模型,以Cu-Al-Ni合金为例,研究了热弹性马氏体正相变和逆相变的演化规律,揭示了热弹性马氏体的形状记忆效应。同时模拟了拉伸释放弹性应变能这种机制对热弹性马氏体相变和热弹性马氏体逆相变的作... 本工作建立了一种新的马氏体逆相变的相场模型,以Cu-Al-Ni合金为例,研究了热弹性马氏体正相变和逆相变的演化规律,揭示了热弹性马氏体的形状记忆效应。同时模拟了拉伸释放弹性应变能这种机制对热弹性马氏体相变和热弹性马氏体逆相变的作用,研究了外加载荷对马氏体逆相变温度As的影响。模拟结果表明:应变能是形状记忆合金马氏体相变的阻力,是其逆相变的驱动力。在马氏体正相变过程中,拉伸载荷释放了应变能,降低了相变阻力,从而对马氏体相变起促进作用;在马氏体的逆相变过程中,由于拉伸载荷降低了马氏体所储存的应变能,因而降低了逆相变过程的驱动力,使合金逆相变As温度升高,进而提高了热弹性马氏体的低温稳定性。模拟结果与实验结果相一致。 展开更多
关键词 相场模拟 弹性应变能 Cu-Al-Ni合金 马氏体逆相变 逆相变起始温度
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大晶粒UO_(2)燃料裂变气体释放行为相场模拟研究
5
作者 刘东昆 王庆宇 +2 位作者 张田 周羽 王翔 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期281-294,共14页
为预测大晶粒UO_(2)燃料中裂变气体的释放行为,从而为事故容错燃料的发展提供支持,本文采用相场模型,对裂变气体在UO_(2)多晶微观结构中的释放行为进行了模拟.该模型采用一组耦合的Cahn-Hilliard方程与Allen-Cahn方程,用守恒场变量表示... 为预测大晶粒UO_(2)燃料中裂变气体的释放行为,从而为事故容错燃料的发展提供支持,本文采用相场模型,对裂变气体在UO_(2)多晶微观结构中的释放行为进行了模拟.该模型采用一组耦合的Cahn-Hilliard方程与Allen-Cahn方程,用守恒场变量表示裂变气体与空位的分布,以及用序参量区分气泡相与基质相.该模型重点考察了不同晶粒尺寸、不同温度条件与扩散系数对裂变气体释放行为产生的影响,展现了气泡的形核、生长、融合等行为,得到了一定程度燃耗深度下燃料的孔隙度、晶界处气泡覆盖率、气泡平均半径等模拟结果.结果表明,温度与扩散系数对孔隙度、晶界处气泡覆盖率的影响较为显著,在扩散系数较大时,晶粒尺寸也会对裂变气体释放行为产生较大影响,扩散系数较小时,晶粒尺寸的影响则不明显.此外,通过该模型得出的高燃耗深度下裂变气体气泡分布状况与实验结果也较为符合,该模型能较好地预测大晶粒UO_(2)裂变气体释放行为. 展开更多
关键词 相场模型 大晶粒UO_(2)燃料 裂变气体释放
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断裂相场法在材料失效分析中的应用:界面断裂的超剪切转变
6
作者 曾鋆 崔昆朋 田富成 《功能高分子学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期1-4,共4页
Ⅱ型裂纹界面断裂速率可以超越材料的剪切波速已经在理论和实验中被证明,这种界面断裂的跨声速转变被普遍认为受“Burridge-Andrews”机制(也称“子-母”裂纹机制)控制。然而,对于这种跨声速转变机制,子裂纹的直接证据很少被报道,甚至... Ⅱ型裂纹界面断裂速率可以超越材料的剪切波速已经在理论和实验中被证明,这种界面断裂的跨声速转变被普遍认为受“Burridge-Andrews”机制(也称“子-母”裂纹机制)控制。然而,对于这种跨声速转变机制,子裂纹的直接证据很少被报道,甚至有些报道中并没有在裂纹跨声速转变过程中观察到子裂纹。近期,中国科学技术大学李良彬教授课题组开展了Ⅱ型裂纹界面跨声速转变的数值模拟研究,“子-母”裂纹扩展过程首次在相场断裂模拟中被重现。他们的工作揭示了一个跨声速裂纹发生的临界预应力水平值,并提出了子裂纹出现的定量化预测准则。 展开更多
关键词 动态断裂 超剪切转变 断裂相场模型 数值模拟 界面断裂
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限定晶粒取向差的多晶马氏体相变行为的相场法研究
7
作者 姚启迪 王传军 +3 位作者 刘振智 黄琪琦 刘文月 赵彦 《上海金属》 CAS 2024年第3期89-94,共6页
基于Welch-Powell算法限定多晶体取向,采用相场法研究了晶粒取向差对多晶马氏体相变的影响。结果表明:大晶粒较小晶粒马氏体的板条形貌更规则,晶界降低了马氏体的生长速度;晶粒取向角比晶粒尺寸对马氏体相变体积分数的影响更大。马氏体... 基于Welch-Powell算法限定多晶体取向,采用相场法研究了晶粒取向差对多晶马氏体相变的影响。结果表明:大晶粒较小晶粒马氏体的板条形貌更规则,晶界降低了马氏体的生长速度;晶粒取向角比晶粒尺寸对马氏体相变体积分数的影响更大。马氏体相变初期ω值越大,马氏体生长速度越快,ω=60°时的平衡马氏体体积分数高于其他ω值下的平衡马氏体体积分数,随ω值的增大平衡马氏体体积分数减小。 展开更多
关键词 相场法 Welch-Powell 算法 多晶体 马氏体相变
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耦合粘塑性本构方程的相场法模拟γ′相的筏化行为
8
作者 梁师伟 王传军 +2 位作者 刘振智 刘文月 赵彦 《上海金属》 CAS 2024年第2期82-88,共7页
采用耦合非均匀弹性能和粘塑性本构方程的相场模型,模拟了Ni-Al合金在时效和外加应力条件下γ′相的演化过程,并讨论了在时效和筏化两个阶段溶质原子和长程有序参量的分布情况。结果表明:在时效析出过程,γ′相逐渐长大并粗化,由于扩散... 采用耦合非均匀弹性能和粘塑性本构方程的相场模型,模拟了Ni-Al合金在时效和外加应力条件下γ′相的演化过程,并讨论了在时效和筏化两个阶段溶质原子和长程有序参量的分布情况。结果表明:在时效析出过程,γ′相逐渐长大并粗化,由于扩散速率的差异,序参数的起伏比成分更大;在弹性能的作用下,γ′相形貌最终演变成立方状,溶质原子浓度和序参数达到稳定。在外加应力下的筏化过程中,γ′相发生定向粗化,γ通道变窄,随着演化的进行,γ′相逐渐沿单一方向排布,呈竹筏状;随着界面的迁移,γ通道消失,相邻γ′相合并形成单一γ′相。 展开更多
关键词 粘塑性本构 相场 γ′时效 γ′筏化
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相场法模拟溶质对ZK60合金晶粒长大过程中织构演化的影响
9
作者 宋宇豪 王明涛 +4 位作者 白俊源 金剑锋 杨培军 宗亚平 秦高梧 《Transactions of Nonferrous Metals Society of China》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第4期1110-1122,共13页
建立包含受溶质影响的弹性各向异性及晶界偏析的多尺度三维相场模型,研究溶质原子Ca、Y和Al对ZK60合金在270 MPa压应力及573 K下晶粒生长过程中织构演变的影响。结果表明,添加Ca或Y均可以弱化ZK60的基面织构,而添加Al则会增强织构。添... 建立包含受溶质影响的弹性各向异性及晶界偏析的多尺度三维相场模型,研究溶质原子Ca、Y和Al对ZK60合金在270 MPa压应力及573 K下晶粒生长过程中织构演变的影响。结果表明,添加Ca或Y均可以弱化ZK60的基面织构,而添加Al则会增强织构。添加Al后,晶粒尺寸分布与Hillert模型之间的偏差增大,而添加Ca或Y会使偏差减小。与弹性各向异性相比,溶质偏析引起的晶界能变化对织构演化的影响十分有限。揭示的机理对在ZK60合金显微组织设计中采用合适的合金化策略具有重要意义。 展开更多
关键词 相场模型 弹性各向异性 溶质偏析 织构演化 ZK60合金 合金化
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UHPC中钢纤维的增强机理:一种新的断裂相场模型
10
作者 赵冰 李先正 +5 位作者 潘军 彭晖 彭旭龙 张振浩 宋战平 赵漠雨 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第1期225-236,共12页
超高性能混凝土(UHPC)是一种具有巨大潜力的复合材料。为了降低UHPC的成本并获得更好的性能,有必要研究钢纤维在UHPC中的增强机理,实践中也需要一个有效的数值模型来促进UHPC的应用。钢纤维从UHPC中拔出时会产生新的裂纹面,进而需要消... 超高性能混凝土(UHPC)是一种具有巨大潜力的复合材料。为了降低UHPC的成本并获得更好的性能,有必要研究钢纤维在UHPC中的增强机理,实践中也需要一个有效的数值模型来促进UHPC的应用。钢纤维从UHPC中拔出时会产生新的裂纹面,进而需要消耗更多的能量。基于此,推导了新裂纹及其裂纹表面能的公式,提出了一种考虑钢纤维与UHPC基体之间界面断裂能的断裂相场模型。利用该模型,对含钢纤维的三维UHPC试样进行了单轴拉伸数值模拟;开展对比实验验证了所提模型的正确性。结果表明,模拟结果与实验结果吻合较好。通过分析不同试样的新裂纹面与拉伸强度间的关系,发现UHPC的抗拉强度和残余强度随钢纤维体积含量的增加而增加,随钢纤维直径的增加而降低。进一步分析发现,UHPC的抗拉强度与钢纤维的侧表面积成正比。理论分析、数值模拟和实验表明,钢纤维在UHPC中的增强机理为:钢纤维的加入使UHPC基体与钢纤维在断裂过程中产生了一些新的裂纹,这些新裂纹消耗了更多的能量。本文研究工作可为UHPC的性能设计和开发有效的UHPC数值模型提供理论依据。 展开更多
关键词 超高性能混凝土 钢纤维 断裂相场法 拉伸强度 增强机理 裂纹表面能
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基于相场法的电极箔粉末烧结模拟及影响因素分析
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作者 孟庆玉 黄勇 +2 位作者 董晓红 张志虎 李豪人 《电子元件与材料》 CAS 北大核心 2024年第2期190-196,共7页
以粉末涂层型电极箔为研究对象,采用相场法对颗粒烧结及孔隙的收缩进行仿真模拟,根据实际烧结孔隙数据建立了五种不同空间结构类型的孔隙模型,通过模拟计算不同粒径烧结孔隙变化,验证了模型模拟的有效性。采用单因素分析法探究了烧结温... 以粉末涂层型电极箔为研究对象,采用相场法对颗粒烧结及孔隙的收缩进行仿真模拟,根据实际烧结孔隙数据建立了五种不同空间结构类型的孔隙模型,通过模拟计算不同粒径烧结孔隙变化,验证了模型模拟的有效性。采用单因素分析法探究了烧结温度及孔隙类型的改变对最终孔隙面积的影响规律,结果表明:仿真模拟中烧结温度影响颗粒间烧结速度;孔隙的类型影响最终铝粉烧结形貌,并进一步影响烧结形成的孔隙面积,其中以三角形孔隙面积最小。模型的建立对不同烧结温度、烧结时间、孔隙类型的粉末涂层型电极箔有效表面积的预测具有重要参考价值。 展开更多
关键词 粉末涂层型电极箔 相场法 烧结 仿真模拟 孔隙面积
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基于相场模型的再生冷却推力室热机疲劳寿命分析
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作者 孙燊 易敏 《火箭推进》 CAS 北大核心 2024年第1期78-86,共9页
为了分析再生冷却推力室在服役过程中的应力/应变情况,研究循环热力载荷下推力室的变形与疲劳失效行为,建立热-弹-塑性耦合的疲劳断裂相场模型,并计算断裂序参量的演化过程,预测推力室结构的热机疲劳寿命。通过热传导方程计算结构的温... 为了分析再生冷却推力室在服役过程中的应力/应变情况,研究循环热力载荷下推力室的变形与疲劳失效行为,建立热-弹-塑性耦合的疲劳断裂相场模型,并计算断裂序参量的演化过程,预测推力室结构的热机疲劳寿命。通过热传导方程计算结构的温度分布及热应变,根据应力平衡方程和相场演化方程计算热循环作用下结构中应力/应变和序参量演化,根据序参量达到临界值的循环数预测结构的热机疲劳寿命。结果表明:推力室内壁下表面中心点最先断裂失效,疲劳寿命约为91次。循环温度载荷作用下,内壁下表面中心点处残余拉伸应变不断累积,导致表面塌陷及内壁变薄,最终破坏。利用相场疲劳断裂模型研究推力室结构的热机疲劳失效行为,为预测发动机推力室结构疲劳寿命及辅助发动机再生冷却通道优化设计提供了新思路与方法。 展开更多
关键词 再生冷却推力室 热机疲劳 断裂 相场模型 寿命预测
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修正相场晶体(MPFC)模型的二阶无条件能量稳定数值格式
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作者 郝婉蓉 贾宏恩 《应用数学》 北大核心 2024年第1期124-132,共9页
本文研究修正的相场晶体(MPFC)方程的二阶无条件能量稳定数值格式.首先,利用标量辅助变量(SAV)法和二阶向后欧拉(BDF2)公式,得到了一个数值格式;其次,给出了能量耗散定律,严格证明了该数值格式是质量守恒的,唯一可解的,无条件能量稳定的... 本文研究修正的相场晶体(MPFC)方程的二阶无条件能量稳定数值格式.首先,利用标量辅助变量(SAV)法和二阶向后欧拉(BDF2)公式,得到了一个数值格式;其次,给出了能量耗散定律,严格证明了该数值格式是质量守恒的,唯一可解的,无条件能量稳定的;最后,通过数值实例验证了格式的精度和稳定性. 展开更多
关键词 标量辅助变量 无条件能量稳定 BDF2 修正相场晶体方程
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电荷输运相场模型二阶、线性、解耦、能量稳定的数值格式
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作者 刘思福 潘明阳 《应用数学进展》 2024年第2期806-824,共19页
本文对电荷输运相场模型构造了一种新的二阶精度、 线性、 解捐、 无条件能量稳定的时间步进数 值格式。 首先,通过引入一个具有零能量贡献特征的常微分方程处理非线性捐合项。 其次,结合 标量辅助变量法处理 Cahn-Hilliard 方程中非线... 本文对电荷输运相场模型构造了一种新的二阶精度、 线性、 解捐、 无条件能量稳定的时间步进数 值格式。 首先,通过引入一个具有零能量贡献特征的常微分方程处理非线性捐合项。 其次,结合 标量辅助变量法处理 Cahn-Hilliard 方程中非线性势函数。 时间离散采用二阶向后差分公式,我 们严格证明了该格式下的无条件能量稳定性,并给出详细的解捐实现过程。 最后,通过几个数值 实验验证了所提出方案的准确性和有效性。 展开更多
关键词 相场模型 标量辅助变量法 无条件能量稳定性 有限差分
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基于相场法的水力裂缝扩展模拟技术现状及展望 被引量：2
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作者 路千里 张航 +3 位作者 郭建春 任勇 何乐 袁灿明 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期59-68,共10页
水力压裂技术已经成为开发非常规油气不可或缺的重要技术,水力裂缝扩展数值模拟方法是认识水力裂缝扩展机理与扩展规律、优化水力压裂工艺参数的重要手段,其中相场法逐渐成为一种广泛研究和应用的水力压裂连续裂缝扩展模拟方法。为了进... 水力压裂技术已经成为开发非常规油气不可或缺的重要技术,水力裂缝扩展数值模拟方法是认识水力裂缝扩展机理与扩展规律、优化水力压裂工艺参数的重要手段,其中相场法逐渐成为一种广泛研究和应用的水力压裂连续裂缝扩展模拟方法。为了进一步推进相场法水力裂缝技术不断发展与进步,在回顾相场法基础理论发展的基础上,总结和展望了基于相场法的水力裂缝扩展算法研究和应用现状,并对发展趋势进行了展望。研究结果表明:(1)相场法作为一种连续裂缝模拟方法,建立的位移场始终保持连续,不需要引入额外的准则,通过相场参数的演化自动追踪裂缝扩展路径,相较于离散裂缝模拟方法更容易处理不连续相、实现二维或三维空间内复杂的断裂过程,包括裂缝起裂、扩展、转向和分叉;(2)基于变分原理的热力学连续相场模型通过总能量最小化原理求解裂缝扩展路径,具有处理水力压裂等多物理场耦合问题的天然优势;(3)相场法采用具有宽度的损伤带描述裂缝面,存在计算成本高、精确定位裂缝尖端较为困难等技术难题;(4)相场法因其方法优势,有望在精准刻画不连续相、开发不同物理过程适配的数值模型基础上,进一步揭示多场耦合作用下的复杂水力裂缝扩展机理。结论认为,对相场法的研究有利于非常规油气储层改造技术的发展,有助于我国非常规油气开发事业的高质量发展。 展开更多
关键词 储层改造 相场法 水力压裂 水力裂缝 数值模拟 裂缝扩展
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晶体相场方法在纳米裂纹扩展与韧脆断裂领域的研究进展
16
作者 高英俊 易小爱 +3 位作者 李依轩 廖坤 黄宗吉 罗志荣 《广西科学》 CAS 北大核心 2023年第2期320-331,共12页
进入21世纪,计算机数值模拟技术在科学研究中的作用越来越突出,它与实验观测、理论模型分析并称为20世纪以来的三大科学研究方法。本文首先简要介绍裂纹研究的现状和宏观断裂力学存在的尺度局限性,并对近年来发展的原子级空间分辨尺度... 进入21世纪,计算机数值模拟技术在科学研究中的作用越来越突出,它与实验观测、理论模型分析并称为20世纪以来的三大科学研究方法。本文首先简要介绍裂纹研究的现状和宏观断裂力学存在的尺度局限性,并对近年来发展的原子级空间分辨尺度的晶体相场(PFC)模拟方法所具有的特征尺度范围和特色,以及PFC模型在模拟纳观尺度的材料微结构演化上所具有的优势进行说明。然后,介绍PFC模型在裂纹研究上的主要应用成果,包括以下5个方面:Zener裂纹的形核与扩展、纳米裂尖楔形位错空隙发射、晶列取向对纳米裂纹扩展的韧脆断裂影响、纳米裂纹扩展模式的分类、纳米孔洞裂纹的愈合修复。最后,总结并指出PFC模型的发展方向及其今后在裂纹研究领域应用的新领域和重点方向。 展开更多
关键词 纳米裂纹 扩展分叉 韧脆断裂 位错发射 晶体相场 建模与模拟
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金属增材制造的相场模拟现状及展望
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作者 刘佳 高建宝 +3 位作者 李志诚 马飒 钟静 张利军 《铸造技术》 CAS 2023年第2期87-100,共14页
金属增材制造涉及传热与传质、相变、晶粒生长、熔体流动等多个复杂物理过程,实现其微结构演变的定量模拟难度大。相场法采用序参量描述气/液/固相、晶粒形状/取向等复杂微结构,且能直接引入描述各物理过程的场变量(如浓度、温度、熔体... 金属增材制造涉及传热与传质、相变、晶粒生长、熔体流动等多个复杂物理过程,实现其微结构演变的定量模拟难度大。相场法采用序参量描述气/液/固相、晶粒形状/取向等复杂微结构,且能直接引入描述各物理过程的场变量(如浓度、温度、熔体流速等),在金属增材制造过程微结构模拟方面显示出巨大优势。本文简要介绍了相场法的发展和分类,归纳了不同相场模型的特点,详细综述了不同相场模型在金属增材制造凝固过程中微结构演化模拟的研究进展,重点探讨了不同相场模型在金属增材制造领域应用的优势与局限性。最后,展望了相场法在金属增材制造领域的应用前景,并指出其发展方向。 展开更多
关键词 金属增材制造 相场法 有限界面耗散相场模型 微结构演化 合金设计
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相场法模拟中取向与热扩散参数对Ni-Sn合金枝晶形貌的影响
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作者 高明 焦艺伟 《沈阳师范大学学报（自然科学版）》 CAS 2023年第2期128-132,共5页
利用相场模型与温度场进行耦合的控制方程来模拟Ni-Sn二元合金凝固过程中的枝晶生长情况。依据热力学定律、自由能泛函与熵泛函原理,建立Ni-Sn合金相场和温度场耦合的模型。用相场法模拟合金在非均匀温度下枝晶生长过程和枝晶生长形貌... 利用相场模型与温度场进行耦合的控制方程来模拟Ni-Sn二元合金凝固过程中的枝晶生长情况。依据热力学定律、自由能泛函与熵泛函原理,建立Ni-Sn合金相场和温度场耦合的模型。用相场法模拟合金在非均匀温度下枝晶生长过程和枝晶生长形貌的情况。对形成的图像进行对比,研究各向异性强度参数与热扩散参数对枝晶生长形貌和生长速度的影响。模拟研究表明:在非均匀温度场下,当各向异性强度参数增大时,枝晶的生长速度会随之增大,并且二次支臂的生长数量也会增加。此外,当热扩散参数增大时,枝晶的生长速度会随之减小,枝晶主干变细,并且二次支臂的生长数量会有明显减少。 展开更多
关键词 相场法 枝晶生长 数值模拟 Ni-Sn合金
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基于统一相场理论和内聚力模型的钢纤维混凝土界面过渡区力学性能研究
19
作者 王辉明 吴国政 《河北科技大学学报》 CAS 北大核心 2023年第2期112-122,共11页
为探究数值模拟中界面过渡区不同建模方式对钢纤维混凝土力学性能及其损伤、破坏过程的影响,基于统一相场理论和内聚力模型,针对含单根钢纤维的混凝土拉伸试验,采用2种方法建立钢纤维混凝土界面过渡区的数值计算模型,对比分析不同建模... 为探究数值模拟中界面过渡区不同建模方式对钢纤维混凝土力学性能及其损伤、破坏过程的影响,基于统一相场理论和内聚力模型,针对含单根钢纤维的混凝土拉伸试验,采用2种方法建立钢纤维混凝土界面过渡区的数值计算模型,对比分析不同建模方式对钢纤维混凝土力学性能及其破坏形态的影响,并考察不同因素对含单根钢纤维的混凝土极限抗拉强度的影响。结果表明,对混凝土基体部分采用相场断裂模型、界面过渡区采用内聚力模型,无论是计算结果还是细观破坏形态,都具有较好的准确性和可靠性;初始裂缝位置取30 mm和35 mm的钢纤维混凝土抗拉强度比取25 mm时分别提高30.8%和75.7%,钢纤维埋置角度为15°,30°和45°时的钢纤维混凝土抗拉强度比0°时分别降低12.2%,30.8%和48.9%,钢纤维增强作用受初始裂缝位置及钢纤维埋置角度影响较大,受钢纤维直径影响相对较小。采用统一相场理论可降低分析的难度、保证较高的计算精度,为研究钢纤维混凝土的损伤、断裂过程提供了理论参考。 展开更多
关键词 复合建筑材料 界面过渡区 内聚力模型 统一相场理论 数值模拟
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液氢中固空枝晶生长凝固定量相场法研究 被引量：1
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作者 李超龙 文键 +3 位作者 王磊 厉彦忠 雷刚 屠基元 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期128-135,共8页
为探究固空形成过程中枝晶微结构演化和氧溶质非均匀分布规律,建立了描述固空枝晶生长凝固过程中枝晶形态演化和氧溶质分布的定量相场模型(QPFM),应用该模型对连续冷却条件下的固空单枝晶和多枝晶生长行为特性进行了研究,选择了两条特... 为探究固空形成过程中枝晶微结构演化和氧溶质非均匀分布规律,建立了描述固空枝晶生长凝固过程中枝晶形态演化和氧溶质分布的定量相场模型(QPFM),应用该模型对连续冷却条件下的固空单枝晶和多枝晶生长行为特性进行了研究,选择了两条特殊位置曲线定量表述氧溶质分布规律。结果表明:枝晶形态随初始过冷度增大而变得复杂,二次枝晶臂更为发达;氧溶质质量分数呈现枝晶内部贫氧外部富氧的分布特征,沿一次枝晶臂和二次枝晶臂的轴线形成了氧溶质质量分数较低的脊柱;多枝晶的相互作用破环了枝晶的对称形态;连续冷却条件下,固空枝晶二次枝晶臂随时间增长逐渐粗化、融合,固相率和最大氧溶质质量分数分别持续增长到最大值0.9111和0.8406;枝晶之间的间隙阻碍了氧溶质的扩散,使得氧溶质质量分数由单枝晶时的0.402升至多枝晶时的0.668。研究可为液氢系统的安全使用提供理论指导。 展开更多
关键词 固空枝晶 定量相场法 氧溶质分布 形态演化
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