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重力驱动的自然对流下hcp金属枝晶生长的相场-格子玻尔兹曼方法研究

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2023年第6期33卷 1629-1643页

作者：吴孟武田冰辉张昂郭志鹏熊守美武汉理工大学现代汽车零部件技术湖北省重点实验室武汉430070 重庆大学国家镁合金材料工程技术研究中心重庆400044 清华大学材料学院北京100084

开发了一种耦合并行-自适应网格划分算法的相场-格子玻尔兹曼方法来模拟hcp金属的等轴和柱状枝晶生长,重点讨论了重力驱动的自然对流以及自然对流与强制对流耦合对枝晶生长的影响。模拟结果表明,二维情况下的hcp金属枝晶在重力驱动的自... 详细信息

开发了一种耦合并行-自适应网格划分算法的相场-格子玻尔兹曼方法来模拟hcp金属的等轴和柱状枝晶生长,重点讨论了重力驱动的自然对流以及自然对流与强制对流耦合对枝晶生长的影响。模拟结果表明,二维情况下的hcp金属枝晶在重力驱动的自然对流下呈现非对称生长,同时揭示了溶质偏析和溶质羽流的演化过程。研究得出,溶质羽流的形成是由枝晶的溶质阻塞和熔体流动时溶质传输之间的竞争决定的。引入适当的强制对流可以消除溶质羽流的形成并抑制枝晶尖端溶质浓度的局部波动。研究还发现,重力驱动的自然对流丰富了hcp金属3D枝晶形貌的多样性。

关键词：枝晶生长相场对流 hcp金属溶质羽流

hcp金属合金形成热与结构稳定性的MAEAM模型研究

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HCP金属合金形成热与结构稳定性的MAEAM模型研究

作者：黎三华湖南大学

学位级别：硕士

嵌入原子方法(EAM)就是这样一种原子尺度的微观模型，它描述的是材料中原子系统相互作用的总能量与原子的性质、位置、电子的等效影响之间的关系。自Johnson提出分析型EAM模型以来，嵌入原子方法已被广泛的应用于材料科学研究的诸多方... 详细信息

嵌入原子方法(EAM)就是这样一种原子尺度的微观模型，它描述的是材料中原子系统相互作用的总能量与原子的性质、位置、电子的等效影响之间的关系。自Johnson提出分析型EAM模型以来，嵌入原子方法已被广泛的应用于材料科学研究的诸多方面，取得了巨大成功，显示出广阔的前景。本文就是运用胡望宇、张邦维等人提出的改进分析型EAM模型，计算了hcp金属二元合金系无序固溶体的形成热和典型有序结构合金的形成热，研究了各种有序结构合金的相对稳定性。值得注意的是，本文通过分析合金晶格常数与其原子系统相互作用总能量的关系，建立了一种运用EAM模型系统地计算合金实际晶格常数的有效方法。即摒弃通常用于计算二元合金系无序固溶体的晶格常数的Vegard定律，而把合金的晶格常数作为合金形成热的一个参变量，该参变量在合理范围内变化时的最小形成热所对应的值就是合金的实际晶格常数。应用这一方法，计算了10种hcp金属元素Be、Mg、Sc、Y、Ti、Zr、Hf、Re、Ru、Co所形成的45个二元合金系的无序固溶体晶格常数和12种典型有序结构合金晶格常数。通过与已有实验数据的比较表明，计算结果具有相当高的可信度。相对于用Vegard定律计算的合金晶格常数而言，运用这一方法计算合金晶格常数能显著提高EAM模型计算合金形成热的准确性，克服了阻碍hcp金属EAM模型应用于hcp金属合金形成热实际计算的一大障碍，丰富和发展了EAM理论。应用胡望宇、张邦维等人提出的改进分析型EAM模型和本文建立的计算合金晶格常数的有效方法，计算了上述hcp金属元素所形成的45个二元合金系无序固溶体的形成热。通过与已有实验数据、Miedema理论的计算结果及其它的理论计算结果的比较表明，本文的计算结果具有相当高的可信度。同时，计算了这45个二元合金系金属间化合物典型结构的形成热，包括B2、L1、C11、C14、C15、C36、A15、DO、DO、DO、DO、L1这12种有序结构。尽管尚未查阅到有序结构合金形成热的实验数据，但本文计算的各有序结构合金形成热数值的相对大小所反映出的各有序结构合金相的相对稳定性信息与实验报道或Pettifor结构图基本上是吻合的。

关键词：嵌入原子方法晶格常数固溶体合金形成热 hcp金属

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一种用于hcp金属的多体势模型

兰州大学学报（自然科学版） 2003年第1期39卷 28-32页

作者：陈舜麟徐金城张宏胜兰州大学物理科学与技术学院甘肃兰州730000

提出了一种非球对称结构的嵌入原子势模型 ,以改变常见的只用一组参数的方法 ,使得原子的行为呈现为非球对称性 ,满足了密排六方结构 ( hcp)金属的非球对称条件 ,从而使计算结果有显著改善 .计算了 4种过渡族 hcp金属的结合能、空位形... 详细信息

提出了一种非球对称结构的嵌入原子势模型 ,以改变常见的只用一组参数的方法 ,使得原子的行为呈现为非球对称性 ,满足了密排六方结构 ( hcp)金属的非球对称条件 ,从而使计算结果有显著改善 .计算了 4种过渡族 hcp金属的结合能、空位形成能、体弹模量和弹性常数 ,并和实验数据做了比较 .参数拟合计算表明 ,这一模型适用于过渡族金属中 hcp金属的力学性能和结合能的理论计算 .该模型并可用于材料中微缺陷性能的计算机模拟研究 .

关键词： hcp金属多体势模型密排六方结构电子密度结合能力学性能嵌入原子势模型

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hcp金属塑性变形与疲劳机理

材料研究学报 1996年第6期10卷 569-579页

作者：谭晓礼顾海澄西北工业大学西安交通大学

概述了ｈｃｐ金属的力学性能与变形行为．重点总结了Ｔｉ的滑移和孪生变形机理，报道了Ｔｉ的疲劳研究新结果．指出，应力轴位向是决定ｈｃｐ金属变形行为的一个重要因素．理论预测和实验分析均表明，在ｈｃｐ金属中，Ｔｉ与Ｚｒ不但具... 详细信息

概述了ｈｃｐ金属的力学性能与变形行为．重点总结了Ｔｉ的滑移和孪生变形机理，报道了Ｔｉ的疲劳研究新结果．指出，应力轴位向是决定ｈｃｐ金属变形行为的一个重要因素．理论预测和实验分析均表明，在ｈｃｐ金属中，Ｔｉ与Ｚｒ不但具有高的强度，而且具有良好的塑性．

关键词： hcp金属滑移孪生疲劳机理塑性变形金属

密排六方晶体金属正交各向异性屈服行为的新表征

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密排六方晶体金属正交各向异性屈服行为的新表征

作者：靳昊炀大连海事大学

学位级别：硕士

密排六方(hcp)晶体金属与合金在现代社会有着巨大的应用价值,在航天、航空、交通运输、电子产品等多个方面有着非常普遍的应用,其所具有的巨大的应用价值吸引了材料及力学研究者的广泛关注,其在力学上表现出的各向异性塑性特性和材料应... 详细信息

密排六方(hcp)晶体金属与合金在现代社会有着巨大的应用价值,在航天、航空、交通运输、电子产品等多个方面有着非常普遍的应用,其所具有的巨大的应用价值吸引了材料及力学研究者的广泛关注,其在力学上表现出的各向异性塑性特性和材料应用方面的理论被进行了大量研究。自1948年Hill提出的正交各向异性屈服准则[1]以来,各类型的正交各向异性屈服准则相继发表,且用于模拟各种金属板材的正交各向异性塑形行为。但早期的正交各向异性屈服准则不适合描述hcp金属的正交各向异性行为。Cazacu等人[2]在2006年针对hcp金属正交各向异性行为建立的屈服准则CPB06是以主应力偏量表示的屈服函数,其能较精确地符合多种hcp金属的实验观察,但其表达在主应力偏量空间的数学形式,为其有限元数值实现带来困难。本论文在分析hcp金属(如钛合金,镁合金等)的塑形变形机制的基础上,研究其拉压强度差异以及其板材正交各向异性的屈服特征。并在Cazacu等人[2]建立的屈服准则基础上,将CPB06准则在主应力偏量空间描述的数学形式拓展到全应力偏量空间,构建出新形式的正交各向异性屈服准则。利用新的屈服准则,推导出多种实验条件下各材料参数的表达式,且在文献获取的实验数据基础上,确定了准则中出现的材料参数,为新准则的数值实现打下基础。为适应该屈服准则在有限变形条件下的应用,该准则被放置在局部极共旋(即R共旋)坐标体系下,利用该屈服函数的凸特性、极共旋条件下的内禀耗散不等式以及最大塑性耗散理论,构建了相应的有限弹塑性变形的理论框架。在数值实现方面,提出了应力更新算法和一致切线模量,编写了与通用有限元程序ABAQUS相匹配的UMAT子程序,进而将编制的材料子程序用于数值预测Gilles等人[3]与Khan等人[4]实验观察的结果,结果表明数值预测能较好符合实验观察的结果,因而证实了所构建的算法、编制的程序以及所提出的屈服准则对描述hcp金属板正交各向异性塑性的有效性。本论文所构建的正交各向异性屈服准则以及相应的的数值算法,避免了CPB06准则在数值实现方面的困难,为进一步开展hcp金属在成型方面的理论和数值分析奠定了可靠的基础。

关键词： hcp金属各向异性塑性屈服准则钛合金有限元法

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拉伸条件下纯钛力学性能的各向异性

钛工业进展 2015年第2期32卷 45-45页

作者：尹雁飞

室温下，钛为密排六方结构（hcp），其c／a值为1．587。一般来说，hcp金属的力学性能表现为高度的各向异性。与各向同性的立方结构金属不同，hcp金属并不具备足够的滑移系统来实现形状的任意改变，并且往往因涉及机械孪生和位错滑移的... 详细信息

室温下，钛为密排六方结构（hcp），其c／a值为1．587。一般来说，hcp金属的力学性能表现为高度的各向异性。与各向同性的立方结构金属不同，hcp金属并不具备足够的滑移系统来实现形状的任意改变，并且往往因涉及机械孪生和位错滑移的交互作用，其塑性变形过程更为复杂。

关键词：各向异性力学性能拉伸条件纯钛 hcp金属密排六方结构立方结构各向同性