【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及铸造，尤其涉及一种锌合金凝固动力学过程的介观尺度预测方法。
技术介绍
1、金属合金的宏观性能主要由其微观组织结构决定，提高材料性能的各种方法本质上都是从控制凝固组织结构入手。由于锌合金凝固过程的复杂性，现有大多通过实验的方式进行研究，鲜有通过数值模拟的方式在介观尺度进行研究。
2、而部分通过介观尺度研究的技术方案如下：
3、cn202310241633.0公开了一种铝合金凝固动力学过程的介观尺度预测方法，其包括以下步骤：s1、初始化网络；s2、基于连续形核模型生成形核点；s3、计算流场；s4、计算溶质场；s5、计算温度场；s6、基于修正的偏心正方形算法捕获规则，将液相单元转变为界面单元；s7、界面单元生长；s8、更新元胞状态；s9、计算糊状区的渗透率；s10、判断是否满足结束条件，若不满足，进行步骤s3，若满足，输出模拟结果。
4、可知现有通过数值模拟的方式再现凝固过程，有助于更好的理解锌合金的凝固动力学过程，但是现有的锌合金凝固模型不能反映出晶粒的真实形貌，二次、三次枝晶臂不突出。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术提供一种锌合金凝固动力学过程的介观尺度预测方法，能够更真实有效地再现锌合金凝固过程中等轴晶、柱状晶的形核长大过程，并能对等轴晶、柱状晶的具体尺寸、二次枝晶臂间距、枝晶臂间凹槽处的凝固生长进行定量分析，能够更加准确有效地预测锌合金在凝固过程中的特征。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种锌合金凝
3、s1、初始化网格，并为每个网格赋予初始值；
4、s2、基于连续形核模型生成形核质点；
5、s3、计算温度场：基于双线性插值法，根据宏观计算域中每个微观单元节点的温度和坐标，通过双线性插值来计算微观单元节点的温度值；
6、s4、计算溶质场：基于溶质扩散方程，计算微观单元节点的固相溶质分布和液相溶质分布；
7、s5、基于偏心六边形算法捕获元胞，将相邻的液相单元转变为界面单元，获得任意生长角度的锌合金枝晶；
8、s6、采用元胞自动机模型建立界面单元的晶粒的生长模型，计算固相分数的增加量；
9、s7、更新元胞状态：当界面单元的元胞的固相分数的增加量=1时，将元胞状态值修改为固相元胞；
10、s8、判断是否满足结束条件；若不满足，返回步骤s3进行迭代；若满足，则输出模拟结果，凝固结束。
11、优选的，步骤s2具体包括以下步骤：
12、设定形核质点为连续非离散分布函数，并设定晶粒形核的模型为元胞过冷度关于晶粒形核密度的函数，新生的晶粒形核密度表示为：
13、；
14、式中：为最大晶粒密度；为元胞的过冷度；为最大形核过冷度；为过冷度标准差。
15、优选的，在步骤s3中，利用双线性插值法将枝晶生长模型的宏观温度数据转换为微观单元节点的温度值；
16、其具体包括以下步骤：
17、假设宏观单元计算域中每个节点的温度和坐标已知，通过双线性插值来计算微观单元节点的温度数据：
18、；
19、式中：是微观单元的节点温度值；是宏观单元的节点温度值；分别表示宏观单元计算域上的节点的水平和垂直坐标；分别表示p左下角点的横坐标和纵坐标；分别表示p右上角点的横坐标和纵坐标；、、分别表示节点的温度，且。
20、优选的，步骤s4所述固相溶质的扩散方程如下：
21、；
22、式中，为固相溶质浓度；为时间；为合金溶质质量浓度；为固相扩散系数；
23、液相溶质的扩散方程如下：
24、；
25、式中，表示液相溶质浓度；为液相扩散系数。
26、优选的，在步骤s5中，采用对角线方向与锌合金枝晶生长方向相同的六边形，辅助元胞进行在生长方向上的界面胞捕获和状态传递，将液相单元转变为界面单元，获得任意生长角度的锌枝晶。
27、优选的，步骤s5具体包括以下步骤：
28、当计算域中元胞形核后，由液相单元变为界面单元，随机赋予一个优先生长角，形核后的单元受到枝晶生长动力学的驱动，固相分数增加，在形核元胞的中心布置一个倾斜角度为的六边形，且六边形的对角线长度随生长发生偏移，六边形的半对角线长由下式计算：
29、；
30、式中，l(t+dt)表示下一时刻六边形的半对角线长；l(t)表示当前时刻六边形的半对角线长；为固液界面法相生长速度，为界面法相；
31、其中，的计算式如下：
32、；
33、式中，为界面液相浓度，为界面固相浓度，且，为锌合金溶质平衡分配系数；
34、的计算式如：
35、；
36、式中，为锌合金中溶质初始含量；为界面温度；为平衡液相线温度；为液相线的斜率；为gibbs-thomson系数；为界面各向异性函数；为界面曲率，其采用平均计数法求解：
37、；
38、式中，为空间步长；为当前元胞的邻胞数为第个邻胞的固相分数；
39、界面各向异性函数的计算式如下：
40、；
41、式中，为界面能各向异性强度，为固液界面法向向量与水平方向的夹角，为枝晶最优生长角；
42、随着单元固相分数的增加，偏移的六边形的六个顶点触碰到周围的液相单元，把相邻的液相单元的状态值变为界面单元，并把优先生长角赋予被捕获的界面单元，被捕获的界面单元再捕获其周围液相单元中的液相元胞，顶点形成一个新的次级六边形，并继续生长，从而得到任意生长角度的锌合金枝晶。
43、优选的，在步骤s5中，通过对六边形顶点的元胞进行标记，不断计算更新六边形的位置。
44、优选的，步骤s6所述的固相分数的增加量计算式如下：
45、；
46、其中，固液界面法向向量与水平方向的夹角的计算式如下：
47、；
48、式中，和分别表示固相率在轴和轴上的一阶偏导；和分别为固相率在轴和上的二阶偏导。
49、本专利技术具有以下有益效果：
50、能够更真实有效地再现锌合金凝固过程中等轴晶、柱状晶的形核长大过程，并能对等轴晶、柱状晶的具体尺寸、二次枝晶臂间距、枝晶臂间凹槽处的凝固生长进行定量分析，能够更加准确有效地预测锌合金在凝固过程中的特征。
51、下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种锌合金凝固动力学过程的介观尺度预测方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种锌合金凝固动力学过程的介观尺度预测方法，其特征在于：步骤S2具体包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种锌合金凝固动力学过程的介观尺度预测方法，其特征在于：在步骤S3中，利用双线性插值法将枝晶生长模型的宏观温度数据转换为微观单元节点的温度值；
4.根据权利要求3所述的一种锌合金凝固动力学过程的介观尺度预测方法，其特征在于：步骤S4所述固相溶质的扩散方程如下：
5.根据权利要求4所述的一种锌合金凝固动力学过程的介观尺度预测方法，其特征在于：在步骤S5中，采用对角线方向与锌合金枝晶生长方向相同的六边形，辅助元胞进行在生长方向上的界面胞捕获和状态传递，将液相单元转变为界面单元，获得任意生长角度的锌枝晶。
6.根据权利要求5所述的一种锌合金凝固动力学过程的介观尺度预测方法，其特征在于：步骤S5具体包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的一种锌合金凝固动力学过程的介观尺度预测方法，其特征在于：在步骤S5中，通过对
8.根据权利要求7所述的一种锌合金凝固动力学过程的介观尺度预测方法，其特征在于：步骤S6所述的固相分数的增加量计算式如下：
...【技术特征摘要】
1.一种锌合金凝固动力学过程的介观尺度预测方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种锌合金凝固动力学过程的介观尺度预测方法，其特征在于：步骤s2具体包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种锌合金凝固动力学过程的介观尺度预测方法，其特征在于：在步骤s3中，利用双线性插值法将枝晶生长模型的宏观温度数据转换为微观单元节点的温度值；
4.根据权利要求3所述的一种锌合金凝固动力学过程的介观尺度预测方法，其特征在于：步骤s4所述固相溶质的扩散方程如下：
5.根据权利要求4所述的一种锌合金凝固动力学过程的介观尺度预测方法，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：豆瑞锋，张艳影，何雪莉，温治，刘训良，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。