基于自适应有限元枝晶自由生长相场模型模拟

来源：兰州理工大学学报杂志2020年第1期北京时间：

作者：朱昶胜, 徐升, 雷鹏, 韩丹

单位：1.兰州理工大学 计算机与通信学院, 甘肃　兰州 730050; 2.兰州理工大学 省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室, 甘肃 兰州 730050

摘要：利用相场模型模拟了过冷熔体中单个完整等轴枝晶在凝固过程中的生长和形貌演化,采用自适应有限元方法求解相场模型的控制方程,研究了在计算域较大、界面层厚度较薄的情况下各向异性和过冷度等物理参数对枝晶形状和生长的影响.结果表明:过冷度越大,枝晶间竞争越激烈,生长速度越慢;各向异性系数越大,枝晶沿选定方向生长的趋势越强,生长速度越快,二次枝晶间距越小,侧向分枝越发达. 与有限差分方法(FDM)相比,采用自适应有限元法(AFM)在CPU计算时间和存储空间均降低了一个数量级,并且系统尺寸越大,自适应有限元法优势越明显,便于更大尺度多场耦合相场模型的数值模拟.通过比较均匀网格法和以往的晶体生长数值模拟实验,证明了自适应有限元法的准确性、高效性和鲁棒性.

关键词：等轴枝晶,自适应有限元,数值模拟,相场模型

基金资助：国家自然科学基金(51661020,11504149,11364024)