增材制造中晶粒生长相场模型的时间积分方法
计算物理
2025-08-01 v3 数值分析
数值分析
摘要
相场模拟在理解增材制造中的微观结构演化方面起着关键作用。然而，其计算成本极高。原因之一是在快速凝固过程中，解析复杂的微观结构演化需要很小的时间步长。本文研究了使用一类稳定的时间积分算法通过增大时间步长来加速此类相场模拟的可能性。基于一个专用于模拟增材制造中快速凝固的相场模型，我们开发了具体的时间积分公式并进行了能量稳定性的理论分析。数值结果证实，所提方法能够确保相场模拟的数值稳定性和能量递减要求，且时间步长比传统显式方法至少大两个数量级。我们使用 316L 不锈钢的相关物理和动力学参数进行了二维和三维相场模拟。这项工作为高效相场模拟提供了一个数值框架，并为大规模相场建模开辟了众多机会。
引用
@article{arxiv.2507.13492,
title = {On the time integration for phase field modeling of grain growth in additive manufacturing},
author = {Chaoqian Yuan and Chinnapat Panwisawas and Ye Lu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.13492},
year = {2025}
}