相场法揭示过冷熔体枝晶生长规律与影响因素

本文主要探讨了过冷熔体中枝晶生长的相场法模拟，由伍智勇和黄智恒两位学者合作完成，他们的研究得到了高等学校博士学科点专项科研基金的支持。他们针对的是过冷熔体在凝固过程中枝晶形态的发展及其受各向异性及潜热效应的影响。 在研究中，作者利用相场法这一数值模拟工具，深入解析了枝晶在不同方向上的生长趋势以及生长速率。他们发现，随着材料的各向异性增强，枝晶倾向于沿特定方向快速生长。另一方面，潜热（即凝固潜热）的大小直接影响到枝晶间的竞争程度，潜热越大，枝晶之间的竞争越激烈，导致整体的凝固过程变慢。 除了这些基本的物理效应，作者还关注了枝晶的尺寸和几何形状对其形貌的影响，表明这两种因素都可能改变焊点中枝晶的具体表现形式。他们通过对数值方法、初始条件设定和网格单元的选择进行细致分析，揭示了这些参数对模拟结果的显著影响。例如，不同的数值方法，如有限元法，可能导致模拟出的枝晶长度有所差异；初始核的设定可能会引发枝晶分裂；而不同的网格划分方式，如矩形网格使固液界面更为平整，而三角网格则可能导致界面崎岖不平。 该研究的重要性在于，它提供了理解和预测过冷熔体凝固行为的新途径，对于优化金属铸造、焊接和其他涉及材料微结构的工业过程具有实际应用价值。同时，它也强调了数值模拟在材料科学中的精确性和细致性要求，以确保得到准确的枝晶生长模式。中图分类号为TG113.11，表明这是在材料科学和技术领域内的一个重要研究方向。