Dresden 2003 – wissenschaftliches Programm

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M: Metallphysik

M 5: Symposium: Phasenumwandlungen in Schmelzen III

M 5.3: Vortrag

Montag, 24. März 2003, 15:15–15:30, IFW A

Phasenfeldmodellierung der Erstarrung in mehrkomponentigen und mehrphasigen Legierungssystemen — •Britta Nestler¹ und Harald Garcke² — ¹FH Karlsruhe — ²Universität Regensburg

Basierend auf einem Entropiefunktional wurde auf thermodynamisch konsistente Weise ein Phasenfeldmodell zur Modellierung und numerischen Simulation von Phasenumwandlungen in nichtisothermen, mehrkomponentigen und mehrphasigen Legierungssystemen entwickelt. Die allgemein gehaltene Modellformulierung erlaubt die Realisierung mehrkomponentiger Phasendiagramme und beschreibt die Phasenumwandlungen, die Stoff- und Wärmediffusion im System. Durch asymptotische Entwicklungen wurde der Zusammenhang des Phasenfeldmodells mit klassischen Gesetzen im Sharp-Interface Grenzfall gezeigt. Zur numerischen Simulation komplexer Mikorstrukturausbildungen und Erstarrungsstrukturen wurden die Evolutionsgleichungen diskretisiert und implementiert. Um große Rechengebiete, insbesondere in 3D zu realisieren, werden zwei Strategien verfolgt: 1. Parallelisierung eines expliziten finite Differenzenverfahrens zur verteilten Berechnung auf einem heterogenen Cluster, 2. Verwendung eines adaptiven finite Elemente Verfahrens mit semi-impliziter Zeitdiskretisierung. Die numerischen Ergebnisse werden mit experimentellen Mikrostrukturaufnahmen verglichen. Anwendungen des Phasenfeldmodells sind ternäre Eutektika, Peritektika, Monotektika sowie höherkomponentige Systeme. Durch den Einbau von Elastizität und Konvektion ist vorgesehen, in systematischen Simulationen die Wechselwirkung der einzelnen Felder im System und deren Auswirkung auf komplex erstarrende Mikrostrukturen zu untersuchen.