熔池凝固过程中的晶粒生长竞争——相场与元胞自动机模型的比较
材料科学
2022-11-08 v1
摘要
人们已提出广泛的计算模型来预测凝固加工过程中的微观组织演变，但这些模型很少在定量和系统的层面上相互比较。本文中，我们比较了在增材制造(粉末床熔融)相关条件下二维熔池中多晶生长的相场(PF)与元胞自动机(CA)模拟。我们使用局部(逐点)测量以及多次模拟的平均晶粒取向分布来比较所得的晶粒结构。我们探究了CA空间离散化程度以及熔池长宽比对所选晶粒织构的影响。我们的模拟表明，与瞬态生长条件和固液界面稳定性相关的详细微观特征(例如在其胞状/枝晶失稳之前的初始平面生长阶段，或由于邻晶粒侧枝生长导致的不利取向晶粒的早期消除)只能被PF模拟捕捉到。PF与CA预测之间的分歧只能通过对CA网格的细化得到部分解决。然而，多次模拟的整个熔池上平均的总体晶粒分布似乎使PF与CA之间达成明显更好的吻合，且随熔池形状和CA网格存在一定差异。尽管仍需进一步研究，特别是确定CA空间离散化的适当选择及其与特征微观结构长度尺度的联系，本研究通过在工艺相关长度和时间尺度上对两种方法定量比较，朝此方向迈出了有益的一步。
引用
@article{arxiv.2210.16874,
title = {Grain growth competition during melt pool solidification -- Comparing phase-field and cellular automaton models},
author = {S. M. Elahi and R. Tavakoli and I. Romero and D. Tourret},
journal= {arXiv preprint arXiv:2210.16874},
year = {2022}
}