过冷纯物质熔体中枝晶生长的相场法研究开题报告

1. 本选题研究的目的及意义

枝晶生长是材料科学与工程领域中一个非常重要的现象，它直接影响着材料的微观结构和宏观性能。

understandingthemechanismsofdendriticgrowthiscrucialforcontrollingthesolidificationprocessandtailoringthepropertiesofmaterials.相场法作为一种强大的数值模拟方法，近年来在模拟枝晶生长方面展现出独特的优势。

本选题旨在利用相场法深入研究过冷纯物质熔体中枝晶生长的动力学过程，探索枝晶形貌演化规律，分析过冷度、各向异性等因素对枝晶生长行为的影响，为优化材料制备工艺、改善材料性能提供理论依据和技术支持。

2. 本选题国内外研究状况综述

枝晶生长作为凝固过程中的一个重要现象，一直受到国内外学者的高度关注。

以下将分别从国内外研究现状进行综述。

1. 国内研究现状

3. 本选题研究的主要内容及写作提纲

本研究的主要内容是利用相场法模拟过冷纯物质熔体中枝晶的生长过程，分析过冷度、各向异性等因素对枝晶生长行为的影响，并探讨其内在的物理机制。

1. 主要内容

1.建立过冷纯物质熔体枝晶生长的相场模型：选择合适的相场变量和序参量，构建能够描述枝晶生长过程中的相变、界面演化和能量变化的自由能函数，并推导出相场方程。

4. 研究的方法与步骤

本研究将采用理论分析、数值模拟和结果分析相结合的研究方法。

首先，通过查阅相关文献，了解过冷熔体枝晶生长的基本理论、相场法的基本原理以及相关的数值计算方法。

然后，根据所研究的问题，选择合适的相场模型，推导出相应的控制方程，并利用有限差分法或有限元法对控制方程进行数值离散，开发高效稳定的计算程序。

5. 研究的创新点

本研究将在以下几个方面力求取得创新性成果：
1.针对过冷纯物质熔体枝晶生长过程，发展高效稳定的三维相场模型，提高模拟效率和精度，并将其应用于分析复杂枝晶结构的形成机制。

2.系统研究过冷度和各向异性对枝晶生长形貌、生长速度和溶质分布的影响，揭示它们之间的耦合作用机制，为控制枝晶生长过程提供更全面的理论指导。

3.将模拟结果与现有的实验结果进行对比分析，验证模型的可靠性，并尝试解释实验中观察到的一些现象，为实验研究提供理论支持。

6. 计划与进度安排

第一阶段 （2024.12~2024.1）确认选题，了解毕业论文的相关步骤。

第二阶段（2024.1~2024.2）查询阅读相关文献，列出提纲

第三阶段（2024.2~2024.3）查询资料，学习相关论文

7. 参考文献（20个中文5个英文）

[1]刘贵曾，卢天健，姚征，等.材料科学中的相场法[m].北京:科学出版社,2012.

[2]胡侨丹，陈俊峰，丁雨田.金属材料凝固过程的数值模拟技术研究进展[j].铸造技术,2017,38(12):2739-2743.

[3]李俊杰，刘林，李亚峰，等.金属材料凝固过程数值模拟研究进展[j].材料导报,2018,32(1):59-67.