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多晶材料中,晶粒长大过程一直是人们密切关注的课题,因为晶粒尺寸和形貌与金属材料性能密切相关,它直接影响着金属材料的力学性能,故研究它具有重要的理论和现实意义。近年来,计算机仿真已成为材料显微组织和研究演变过程的重要手段,通过计算机模拟不仅可以深入理解凝固组织的形成机制,而且有利于预测铸件的物理性能,达到人工材料设计的目的。特别是进行三维多晶方面的模拟更加符合真实的凝固过程,从而为工艺控制和新型材料的凝固组织的改善提供可靠的依据,达到控制铸件质量的目的,这对于新性能材料的设计与开发具有重要的实用价值。为此,本论文采用相场方法仿真了三维晶粒长大过程,并对三维准稳态平均晶粒尺寸、晶粒相对尺寸分布和拓扑学特征及其演变规律进行了重点探讨,以期获得对晶粒长大本质特征的进一步认识。本文首先对相场模型中的自由能函数的收敛性进行了研究,使我们对相场模型中的晶粒凝固模拟有了更深一步的了解,初步验证了本文设计的相场算法的有效性。实现了二维晶粒长大过程的计算机仿真研究。并讨论了相场模型中的参数,场变量,晶界能及分子动力学系数对晶粒生长的影响。①场变量选取不应过少,场变量数目越大,晶粒合并的几率越小;不同个数场变量下的晶粒生长规律及晶粒的相对尺寸分布具有相同的形式;②晶界能与晶粒的晶界厚度有关,晶界能越大晶界越厚,晶粒的生长尺寸越大,厚度正比于k1/2。③分子动力学系数选取越大,晶粒生长得越快。最后,实现了三维晶粒长大过程的计算机仿真。对平均晶粒尺寸、晶粒相对尺寸分布和拓扑学特征及其演变规律分别进行了研究。结果表明:①3D晶粒生长的平均半径符合二次幂数的规律;②当晶粒生长达到准稳态时,晶粒的相对尺寸具有Weibull的分布形式;③对3D晶粒的某个横截面的拓扑结构进行观察,结果表明晶粒的拓扑演化具有不同的形式,两个五边形晶粒最终分别以四边形和三边形晶粒消失。