Прогнозирование микроструктуры при кристаллизации
Модель CDCA (Cast-DesignerCellularAutomation) – это модель роста клеточного автомата в сочетании с конечно-разностным решением уравнений диффузии.
Образование кристалла классически делится на две стадии: зарождение и рост, оба они могут быть смоделированы с помощью кода CDCA.
Многие физические явления, происходящие во время затвердевания, были включены в модель CDCA, такие как:
- Предварительно фиксированное зарождение кристаллов
- Стохастическая нуклеация
- Диффузионный контролируемый рост
- Газовые проблемы
- Пара модели Marco
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПРИЛОЖЕНИЯ CDCA
Клеточный автомат (СА) – это алгоритм, описывающий динамические системы, в которых пространство, время и переменные дискретны на всех участках решетки и к каждому участку могут быть применены локальные, глобальные детерминированные или стохастические правила.
Область, состоящая из однородного массива «ячеек», назначается в начале вычисления. Каждая клетка наделена конечным числом состояний и развивается в дискретном времени в соответствии с единым локальным правилом перехода. Правило можно рассматривать как функцию, аргументами которой являются состояние в момент времени t соседних ячеек и значением которой является состояние рассматриваемой ячейки в момент времени t+1.
На каждом временном шаге все ячейки «вычисляют» свое новое состояние и обновляют значения в соответствии с заранее определенными правилами перехода.
Повторяя эту операцию, получается эволюция переменных, связанных с клетками, и таким образом моделируются некоторые физические события, такие как зарождение и рост кристалла.
При направленном затвердевании высоколегированных суперсплавов на основе Ni в зависимости от эффективности механизма конкурентного роста может быть получен широкий диапазон осевых ориентаций.
Моделирование газовой пористости
Многие компоненты испытывают циклическое нагружение, где дефекты литья, такие как микропористость, интерметаллические частицы и оксидные пленки, могут отрицательно сказываться на усталостном поведении.
Модель CDCA может предсказать трехмерную морфологию пористости включая форму, размер, и распределение.
Рост микропористости зависит от диффузии водорода, усадки и взаимодействия расширяющихся пор с окружающими дендритами. Поэтому при прогнозировании морфологии пористости следует учитывать ограничение роста пузырьков твердой фазой.
Моделирование CDCA
Теория CDCA была очень сложной и с большим количеством параметров, специальных для материальных данных. Чтобы упростить в ней работу и легко разобраться, она выполнена в виде шаблона.
Пользователю рекомендуется выбрать аналогичный шаблон для начала работы, а затем внести некоторые изменения на основе выбранного шаблона.
Материальные данные являются ключом к моделированию микроструктуры с очень ограниченной ссылкой. Перед началом моделирования пользователю предлагается тщательно изучить материал CDCA.
Все функции CDCA были интегрированы в уникальный интерфейс, включая модель сопряжения, поэтому использовать программный модуль довольно просто.
Пользовательский интерфейс программного обеспечения CDCA
Определите модель связи CDCA: возьмите зависящие от времени температурные данные из модели Marco и назначьте моделирование CDCA, чтобы хорошо рассмотреть влияние скорости охлаждения на затвердевание.
Пара модели Marco
Реакция формы с жидким металлом иногда неизбежна. Некоторые сплавы очень реакционноспособны, при литье этих сплавов необходимо учитывать слой нечистого материала, который образуется на поверхности. Область формы должна быть задана путем ввода изображения или путем соединения с макромоделью, которая может передать эту информацию в процедуру моделирования.
Сравнение 2-х Марко-связанных моделей с разной скоростью охлаждения: песчаной формы и стальной формы.
Запустите стандартное моделирование Cast-Designer для модели Marco
- Как правило, затвердевание только моделирование
- Рассмотрим сложное распределение температуры
Проверьте результат моделирования Marco модели и запустите
- Распределение температуры
- Где находится ключевой регион, в котором необходимо запустить CDCA
- Результирующая выходная частота в ключевом кадре должна быть достаточно мала
- Определите время начала и окончания процесса.
- Время начала: когда начать пару CDCA (все жидкие)
- Время окончания: когда остановить пару CDCA (все твердые)
CAST-DESIGNER мульти-масштабируемое решение
Многомасштабное моделирование и имитационное моделирование стали основными инструментами проектирования и оптимизации новых материалов и их обработки. Эволюцию микроструктуры отливок трудно количественно описать только отдельным моделированием дендритной или зернистой структуры.
Cast-Designer обеспечивает целостное решение с многомасштабной связью от микрона до 100 метров в одной и той же среде пользователя.
