析出相模擬的案例
開源鎳基合金析出相模擬的Fortran程序
作者在文章中采用了一種名為“沃羅諾伊圖 (Voronoi construction)”的方法來更真實地描述析出顆粒的空間分布，并以此修正了顆粒周圍的原子擴散距離，提升了模型的準確性，模型通過與鎳基（Ni-Al-Cr）合金的原子探針實驗數據進行對比，得到了很好的驗證。作者對文章的程序進行了開源，感興趣的可以下載了解，原始文章
作者提供的程序
https://github.com/KeXuMSE/Voronoi-Construction-based-Kampmann-and-Wagner-numerical-model
該模型的顯著優勢：
準確預測沉淀物的尺寸和成分
能夠通過簡單、定量的生長動力學方程處理復雜的合金化學反應
通過 Voronoi 構造可視化沉淀物的空間分布
對于分析鎳基合金析出相分析有良好的啟發性，感興趣的可以下載研究一下。
展開 《Nature Commun》：利用可塑性變形析出相提升高熵合金疲勞壽命！
研究者發現，在~0.03%的低塑性應變幅下，通過加入韌性可轉變的多組分B2相，設計合金的疲勞壽命至少是其他常規合金的4倍，表現出更強的抗疲勞裂紋萌生能力。研究者通過使用最新的實時原位中子衍射和先進的電子顯微鏡，以及晶體塑性建模和蒙特卡羅(MC)模擬，揭示了其底層機制。在高熵合金中觀察到位錯滑移、析出強化、變形孿晶和可逆馬氏體相變等多種循環變形機制。研究表明，其在低應變幅下的疲勞性能的改善，即高的疲勞裂紋萌生抗力，歸因于B2強化相的高彈性、塑性變形能力和馬氏體相變。結果表明，將可變形的多組分金屬間析出相結合，并提供多種有益的循環變形機制的設計思想，為設計先進的抗疲勞合金提供了新的方向。
圖1 所研究的HEA的相和微觀結構信息。
圖2 Al0.5CoCrFeNi合金的拉伸和LCF結果。
圖3 實時原位中子衍射結果。
圖4 TEM和SEM表征了不同應變幅下的結構演變。
圖5 MC模擬結果。
圖6 所研究的HEA中的循環變形機制和微裂紋萌生行為示意圖。
綜上所述，研究者的工作為理解多組分B2析出強化HEA的循環變形機制提供了一個完整的思路，并通過引入可變形的多組分金屬間析出相來指導抗疲勞合金的設計，這些析出相可以通過調整HEAs成分和熱機械加工很容易實現。（
文：水生
）
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展開 《Scripta》：不規則形狀析出相和鋸齒晶界，讓高熵合金性能更優！
鑒于化學計量具有A3B型結構的L12相，以及元素在多組分L12晶格中的趨勢，析出相為多組分(Ni,Co,Fe,Cr)3(Ti,Al,Cr,W,Mo)L12相。SEGB的形成與相對較大的晶間析出相有關，由于基體和晶界之間的應變能差異以及沿晶粒的快速溶質擴散，析出相/基體界面的邊界優先向晶界快速生長和增粗。平整晶界STG-MNiHEA樣品的析出相通過Ostwald熟化機制而不是彼此聚結而粗化，這種粗化過程導致晶內和晶間析出相呈球狀。
一作兼通訊發《Nature》：雙功能納米析出相！同時提高合金強塑性
盡管可以通過晶界孿晶界、溶質原子和析出相等阻礙位錯運動，提高其強度。但與此同時會降低延展性，且析出相也會阻礙相變。
在此，來自美國橡樹嶺國家實驗室的Ying Yang & Easo P. George等研究者使用Fe-Ni-Al-Ti中熵合金作為模型材料，獲得的雙重功能納米析出相可以同時提升合金的拉伸強度和均勻延伸。相關論文以題為“Bifunctional nanoprecipitates strengthen and ductilize a medium-entropy alloy”發表在最新一期Nature上。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03607-y
研究者的策略是采用以下兩種假設的合金來說明的。圖1a所示，合金Α1在高溫下為單相fcc(奧氏體)，當淬火到室溫時，它發生bcc-馬氏體轉變，如圖1b。合金Α2在高溫下具有兩相組織(圖1c)，由分布在fcc-奧氏體基體中的析出相組成，其成分與合金Α1相同。因此，在沒有析出相的情況下，A2基體在淬火時也應發生bcc-馬氏體的轉變。然而，如圖1d所示，由于析出相的空間限制，其馬氏體相變將被抑制，從而形成亞穩的fcc-奧氏體基體。
圖1 FNAT-m-47h和FNAT-47h合金的組織和拉伸性能。
為了實現以上這些合金，研究者設計并制備了兩種中等熵合金(MEA)成分。首先是Α2合金，其成分為Fe-32.6Ni-6.1Al-2.9Ti (at%)，在其主要成分和時效時間(47h)后記為FNAT-47h。
展開 
馬氏體沉淀強化不銹鋼中納米相析出演變機理及其強化行為
相；(c) W型孿晶9R富Cu相；(d)孿晶9R、W型9R富Cu相和NMSN相，插圖為富Cu相、NMSN相和基體的傅里葉轉換衍射斑
圖九 數量密度等效半徑統計
富Cu相與富Cr相的數量密度和等效半徑的變化
圖十 析出強化理論計算
富Cu相與富Cr區對強度貢獻的理論計算
【小結】
本研究利用HRTEM和APT研究17-4 PH SS 450℃回火過程中納米相的析出行為和強化機制。
模擬分析--析出性氣孔是造成性能降低的主要缺陷之一
析出性氣孔是造成性能降低的主要缺陷之一
如何分析析出性氣孔？
多尺度宏觀耦合，從微觀模型看機械性能？
顯微氣孔/析出氣孔是如何形成的？
顯微氣孔的形成通常分為兩個階段：成核和生長。
CDCA模型包含了凝固過程中出現的許多物理現象，其中，在模擬顯微氣孔時，會用到以下功能：
孔的預固定成核；
隨機成核；
擴散控制生長
如何把微觀分析，耦合到宏觀鑄件中？
工業應用舉例：在鋁和鎂等輕合金鑄件 中, H氣孔是造成其性能降低的主要凝固缺陷之一.
顯微氣孔模型需要考慮以下因素: (1) 固相(晶粒、枝晶、共晶)的形核與生長; (2) 在固/液界面溶質和H的再分配; (3) 溶質 和H的擴散; (4) 顯微氣孔的形核與生長; (5) 氣孔與 固相在生長過程中的相互作用。模型用局部的 H飽和度和H濃度差作為氣孔生長驅動力。研究不同初始H含量、冷卻速率等條件下析出氣孔的生長.
如何從微觀模型看機械性能？
多尺度宏觀耦合模擬：對比不同鑄造工藝過程的晶粒組織形貌
金屬模和砂模比較，哪個會更致密？在相同的合金下，機械性能如何？
C家精講，初衷是用最短的時間，分享一些鑄造工藝設計與分析的經驗。雖然是點點滴滴，愿能匯流成河，如果鑄友們喜歡，
請點“在看”或分享，也歡迎留言。
Cast-Designer 熱分析與DFM免費報告：
長按識別二維碼，填寫表格，獲得熱分析與DFM免費報告：
展開 馬格蘭尼效應下鹽分在親水織物析出過程模擬 ￥1500
基于COMSOL軟件模擬了鹽分通過兩側導管及溫度影響下的馬格蘭尼效應使得鹽分在親水織物表面進行析出的過程。仿真結果如圖2所示。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202208/97e95783430a4b3094bb8af45d0a734d.png" alt="m1.png" height="275" width="275"></p><p class="ql-align-center"><strong>頂部水平面結構模型</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202208/b93ca30e4c7b4ec68d51cfba501d42ab.png" alt="m2.png" height="366" width="286"></p><p class="ql-align-center"><strong>頂部傾斜面結構模型</strong></p><p class="ql-align-center"><strong>圖1 幾何模型</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202208/b47feb6d623c4b0793ae90eead8c315d.gif" alt="Untitled21.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>鹽分在水平板面的析出過程</strong></p><p> 平面在沒有溫度梯度產生馬拉格尼對流的情況下，水分不斷蒸發，會導致鹽分在親水織物表面析出，黏附在織物表面。
展開 使用GOMC模擬異丁烷的氣液相平衡
關鍵詞：
化工單元操作與相平衡有著密不可分的聯系，相平衡現象一直是化工工程師以及廣大科研工作者們研究的熱門課題。相平衡數據是化工過程設計、操作以及優化必不可缺的基礎數據，可以為工程設計和單元操作提供理論指導。目前獲得相平衡數據有實驗法、相平衡計算和分子模擬三種。實驗法雖然直觀可靠，但需要大量的人力和時間，且受到高溫高壓、物質毒性等苛刻條件的限制。相平衡計算的主要目標是預測混合物在不同溫度壓力下的氣-液相組成，傳統上是使用半經驗的熱力學狀態方程（EOS）和/或液體活度系數法實現的。該方法依附于實驗數據，對于偏離實驗條件較遠的體系，數據難以計算準確，常常由于錯誤的熱力學數據造成工業設計的失敗。這些方法需要純組分和混合物的蒸氣壓數據作為輸入信息，且理論中出現的參數混合規則一般要通過混合物的實驗數據得到，使用時同樣受到實驗的限制。以統計熱力學理論為基礎的分子模擬方法省時省力，環保經濟，不受苛刻條件的限制，其輸入信息為分子間勢能模型，即用于描述分子間相互作用的分子力場。分子模擬方法可以根據分子力場直接從微觀狀態分布出發，對純物質及混合物體系通過模擬計算來求解相平衡數據。目前，用分子模擬方法預測流體相平衡成為研究相平衡領域的強有力手段。
圖1 GEMC原理圖
Panagiotopoulos 等 人提出的 Gibbs 系綜 Monte Carlo 方法（Gibbs ensemble Monte Carlo，GEMC）是近十幾年發展起來的應用最為廣泛的計算流體相平衡的方法，也是目前模擬相平衡的主流方法之一。GEMC 方法可同時在兩個彼此相對獨立但在熱力學上相關的盒子中進行 MC 模擬，模擬時需要滿足相平衡條件（壓力、溫度和化學勢相等），且模擬過程中溫度 T、總體積 V 和兩個盒子中的總粒子數 N 保持不變。
展開 【全源碼】MATLAB相場脆性斷裂模擬代碼（AT1/AT2）【附對應文獻公式說明】 ￥1000
簡要說明
本案例不僅提供MATLAB 相場斷裂代碼，還有代碼對應文獻公式說明文檔！方便理解。
相場法（Phase-Field Method, PFM）作為當前斷裂力學模擬的熱門方法，編程門檻較高。
初學者的困境：閱讀文獻中的公式往往一頭霧水，不知道如何轉化為離散的有限元代碼。
現有資源的門檻：網上的開源代碼多為Fortran編寫的Abaqus UEL/UMAT子程序，調試極其困難，且相當于“黑盒”，難以直觀理解算法邏輯。
驗證的難題：寫出了代碼，但不知道結果對不對，缺乏權威的Benchmark（基準）進行對比。
現在以帶偏心孔的缺口板為例，說明我編寫的MATLAB代碼準確性。幾何和邊界條件如下圖所示：
2. 驗證準確性
本案例提供了一套基于 MATLAB 編寫的相場斷裂有限元代碼，完整實現了 AT1 和 AT2 兩種經典的相場損傷模型。
本代碼的核心價值在于“精準驗證”： 代碼邏輯清晰、注釋詳細，更重要的是，選取了較為復雜的的斷裂力學算例（帶偏心孔的缺口板），將本代碼的計算結果與 吳建營教授（相場領域權威）發布的Abaqus UEL子程序計算結果 進行了逐點對比，驗證了代碼準確性。
位移-反力曲線：兩條曲線幾乎完全重合。
裂紋路徑（Crack Path）：裂紋擴展形態結果高度一致。
展開 相場方法模擬多孔介質中的驅替 ￥248
提供采用相場方法模擬多孔介質中驅替的算例，可在此基礎上學會多孔介質中的驅替模擬，得到水驅油（或其他兩相）后多孔介質中的殘余油分布，計算采出程度隨時間的變化關系。附圖中分別給出了多孔介質為水濕和油濕條件下，多孔介質中的殘余油分布，案例鏈接附后。
模擬仿真與DIC應變測量相結合是大勢所驅嗎？
DIC測量總歸是幫助人們獲得位移形變等應變數據，最終目的：1）了解材料性能；2）實時監測測量對象狀態，對突然發生的應變及時進行處理，防患于蔚然；3）通過對測試對象在特定情況下發生的應變的了解，進一步優化仿真設計，提高仿真模擬的精度。
對于前2項，個人感覺，目前的DIC測量產品基本都能很好的實現這一目標；而最好一項，能實現基本目標，但在完成的過程中，受到人工經驗和跨部門溝通等因素影響，效果還可以進一步提高。
真正使用DIC測量設備的第三類用戶，以及目光高遠的一些DIC設備研發機構，都在嘗試不同的方式改進DIC測量設備的各種性能，以便能在提高仿真模擬精度方面能提供更大的助力。有的可以將測量分析結果可以直接導入到仿真模擬軟件，有的將仿真模型文件導入到應變測量系統。總體來說都是有一定效果的，也給應用者提供了不同程度的便利。但是由于數據分析的基礎平臺不統一，之前提到的不良因素的影響只是稍稍減弱，治標不治本，不能從根本上解決問題。
十幾年前因為喬澤引進國外全場非接觸式應變測量系統，我被帶入DIC應變測量設備推廣的大軍，感覺能為國內應變測量技術的發展而努力，很自豪；十幾年后，因為喬澤引進了法國EikoSim公司研發的EikoTwin應變測量系統，我又再次回到DIC應變測量相關行業工作，因為EikoTwin帶來了目前行業內最需要測量手段，它的出現必將再次推動DIC應變測量行業的發展，在得以謀生的同時，又能順應大勢所驅，為行業進步盡微薄之力，何其幸甚至哉！
非接觸式應變測量 ，形變測量、光學測量、表面形貌測量，應變實測與模擬仿真驗證相結合，模擬仿真與應變實測同步化
北京喬澤科技有限公司 010-65610249
展開 
基于GROMACS的油水自發相分離分子動力學模擬
關鍵詞：GROMACS；油水；相分離; 分子動力學；packmol
在化學、材料科學及生物醫藥等領域，油水相分離是一個重要的研究課題，廣泛應用于石油開采、環境污染治理、化妝品配方優化及生物膜研究等方向。由于油水界面的分子相互作用復雜，采用分子動力學（Molecular Dynamics, MD） 方法進行模擬研究成為一種高效且精確的手段。而GROMACS作為高性能的開源MD模擬軟件，為研究油水界面張力、乳化劑作用、納米顆粒輔助分離等提供了強大的技術支持。
本案例基于GROMACS，建立油水混合體系的分子動力學模型，模擬其在常溫下的自發相分離過程，并考察油分子的溶劑可及表面積的變化。
初始模型的構建
在本案例中，我們采用烷烴（正十六烷） 作為油相，構建一個油水混合初始體系。正十六烷采用GAFF力場，水分子采用OPC3 水模型。整個體系的初始狀態采用隨機分布的方式，以保證后續的模擬符合真實物理過程。正十六烷的結構可以用Gview或者Materials studio進行構建，如圖1所示：
圖1 正十六烷的分子結構
用Packmol軟件構建800個水分子和50個正十六烷分子在5.0*5.0*5.0nm盒子中的均勻混合體系，Packmol輸入文件如圖2所示：
圖2 Packmol 輸入文件
建好的初始模型如圖3所示：
圖3 初始油水混合體系結構
模擬結果分析
經過能量最小化和2ns的平衡模擬后，我們可以觀察到，在無外界干預的條件下（常溫常壓），油水分子的相互作用（疏水作用）驅動體系自發發生相分離，逐漸形成油滴與水相的分層結構。
展開 【分析實例】聚合物膜中相分離過程的模擬
使用平均場模型評估NIPS(非溶劑誘導相分離)過程
溶劑蒸發和相分離是聚合物膜生產中的重要過程。模擬被用于評估相互作用、初始條件等對膜內部結構的影響。在J-OCTA和OCTA案例中，耗散粒子動力學(DPD)、粗粒化MD和平均場方法應用于定向自組裝(DSA)[1]、電極漿料涂層[2]和旋轉涂層[3]。NIPS(非溶劑誘導相分離)是一種生產細多孔膜的技術。在近期發表的幾篇論文中，考慮了流體力學效應[4]、DPD[5]、SCFT[6]、聚合物組分的玻璃化轉變[7,8]、粘彈性[9]和嵌段共聚物[10]的多尺度計算，詳見文末的參考文獻。本文給出了MUFFIN模塊中平均場的2D樣例：本例基于Flory Huggins自由能模型，參數取自參考文獻[4][6]。如圖1所示，計算域的上半部分為非溶劑，下半部分為含有聚合物、溶劑和非溶劑混合物的膜。當動力學計算開始時，非溶劑滲透到膜的下半部分；而膜中的溶劑擴散到上半部分。由于聚合物可溶于溶劑，但不溶于非溶劑，因此會發生相分離。以這些計算結果為基礎，就能將參考文獻中討論的效應考慮在內。
圖1.考慮NIPS過程的聚合物膜中相分離的時間演變，綠色和藍色區域分別代表聚合物和非溶劑組分
參考文獻：
[1] https://www.j-octa.com/cases/caseA26/
[2] https://www.j-octa.com/cases/caseA36/
[3] https://octa.jp/components/muffin/
[4] Soft Matter,13, 3013, (2017)
[5] J.
展開 陶瓷板熱沖擊相場斷裂ABAQUS模擬
模型尺寸為50 mm × 9.8 mm，初始溫度設置為680 K, 環境溫度設置為 300K；
材料參數如表所示
最終裂紋形態如圖所示：
相場方法模擬毛細管中的驅替 ￥100
提供comsol中相場方法模擬毛細管中驅替的案例，可以掌握如何采用相場方法模擬驅替，具體案例附后。
