ОБЗОР МЕТОДОВ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ИЗМЕНЕНИЯ ЗЕРЕННОЙ СТРУКТУРЫ МЕТАЛЛА В ПРОЦЕССЕ ПЛАВЛЕНИЯ И КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ДЛЯ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Авторы:
1.
КНИТУ-КАИ им. А. Н. Туполева
(Кафедра Лазерных и аддитивных технологий, Ассистент)
аспирант с 01.01.2023 по настоящее время
аспирант с 01.01.2023 по настоящее время
2.
Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева
Тип:
Статья
Страницы:
с 141
по 150
Статус:
Опубликован
Получено:
23.12.2025
Одобрено:
23.12.2025
Опубликовано:
23.12.2025
Язык материала:
русский
Ключевые слова:
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ, АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ, МЕТОД ФАЗОВОГО ПОЛЯ, МЕТОД КЛЕТОЧНЫХ АВТОМАТОВ, МЕТОД МОНТЕ-КАРЛО
Аннотация (русский):
В данной работе представлен сравнительный обзор методов моделирования эволюции микроструктуры в процессе плавления и кристаллизации при воздействии лазерного источника излучения. Рассмотрены физические основы процессов плавления и кристаллизации, а также основные подходы к их моделированию. Подробно рассмотрены принципы построения моделей на основе методов фазового поля, клеточных автоматов и Монте-Карло. Наиболее точным с физической точки зрения методом моделирования микроструктурных изменений является метод фазового поля, позволяющий учитывать явления сегрегации, роста дендритов и влияние формы ванны расплава на направление и форму роста зерен. Однако метод фазового поля имеет недостаток в виде сложности его программной реализации и больших вычислительных затрат. Метод клеточных автоматов является более простым и эффективным с точки зрения реализации, но, как и метод Монте-Карло, носит случайный стохастический характер и уступает в точности. Приведены результаты исследований последних лет, связанных с моделированием изменения микроструктуры при процессах прямого лазерного выращивания и селективного лазерного плавления различными методами. Выявлены тенденции к созданию новых алгоритмов оптимизации расчета, используемых для создания моделей кристаллизации, таких как применение адаптивных сеток и модифицированного алгоритма подвижной рамки. Необходимость расчета динамики температурного поля, возникающего вследствие лазерного воздействия на материал, послужила предпосылкой к созданию связанных мультифизичных моделей, сочетающих в себе методы моделирования эволюции микроструктуры и температурного воздействия (метод конечных элементов, метод сглаженных частиц и метод моделирования свободной поверхности).
В данной работе представлен сравнительный обзор методов моделирования эволюции микроструктуры в процессе плавления и кристаллизации при воздействии лазерного источника излучения. Рассмотрены физические основы процессов плавления и кристаллизации, а также основные подходы к их моделированию. Подробно рассмотрены принципы построения моделей на основе методов фазового поля, клеточных автоматов и Монте-Карло. Наиболее точным с физической точки зрения методом моделирования микроструктурных изменений является метод фазового поля, позволяющий учитывать явления сегрегации, роста дендритов и влияние формы ванны расплава на направление и форму роста зерен. Однако метод фазового поля имеет недостаток в виде сложности его программной реализации и больших вычислительных затрат. Метод клеточных автоматов является более простым и эффективным с точки зрения реализации, но, как и метод Монте-Карло, носит случайный стохастический характер и уступает в точности. Приведены результаты исследований последних лет, связанных с моделированием изменения микроструктуры при процессах прямого лазерного выращивания и селективного лазерного плавления различными методами. Выявлены тенденции к созданию новых алгоритмов оптимизации расчета, используемых для создания моделей кристаллизации, таких как применение адаптивных сеток и модифицированного алгоритма подвижной рамки. Необходимость расчета динамики температурного поля, возникающего вследствие лазерного воздействия на материал, послужила предпосылкой к созданию связанных мультифизичных моделей, сочетающих в себе методы моделирования эволюции микроструктуры и температурного воздействия (метод конечных элементов, метод сглаженных частиц и метод моделирования свободной поверхности).
Ключевые слова:
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ, АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ, МЕТОД ФАЗОВОГО ПОЛЯ, МЕТОД КЛЕТОЧНЫХ АВТОМАТОВ, МЕТОД МОНТЕ-КАРЛО
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ, АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ, МЕТОД ФАЗОВОГО ПОЛЯ, МЕТОД КЛЕТОЧНЫХ АВТОМАТОВ, МЕТОД МОНТЕ-КАРЛО
