相场模拟微观组织演化：从理论到实践

📚 共计 30 章节

相场模拟概述

相场法的历史与发展 · 基本思想 · 与元胞自动机、蒙特卡洛对比

热力学基础

自由能与相变 · 吉布斯自由能曲线 · 化学势与驱动力 · 非平衡态热力学

热力学驱动力

相场控制方程

Allen-Cahn与Cahn-Hilliard · 序参量 · 自由能泛函构建

数值计算方法 (上)

有限差分法 · 显式/隐式时间积分 · CFL条件

数值稳定性

数值计算方法 (下)

傅里叶谱方法 · 半隐式谱方法 · 自适应时间步长

谱方法高效

界面能与各向异性

梯度能项 · 各向异性函数 · 界面曲率效应

界面各向异性

多相场模型

多相场框架 · 相分数约束 · 多相界面交互

弹性应变能 · Eshelby夹杂 · 弹性各向异性

流体流动与对流效应

Navier-Stokes耦合 · 自然/强制对流 · 剪切流枝晶

电/磁/温度场耦合 · 热-电-力多场实例

晶粒生长模拟

正常/异常晶粒生长 · 第二相粒子钉扎

枝晶生长模拟

纯物质/合金枝晶 · 侧向分枝与尖端分裂

共晶与包晶凝固

层片/棒状共晶 · 包晶反应与相选择

马氏体 · 贝氏体 · 调幅分解与有序化

再结晶与相变再结晶

形核长大 · 相变诱导再结晶 · 晶粒细化

再结晶细化

焊接与增材制造

熔池动力学 · 快速凝固 · 热循环影响

辐照诱导偏析 · 空洞演化 · 硬化脆化

腐蚀与氧化

点蚀模拟 · 氧化膜生长 · 应力腐蚀开裂

电池材料中的相场模拟

电极相分离 · 固态电解质界面 · 枝晶抑制

铁电与铁磁材料

铁电畴 · 铁磁畴壁 · 多铁耦合

相场模拟软件介绍

MOOSE · FiPy · OpenPhase · PRISMS-PF

MOOSE实战 (上)

框架安装 · 输入文件 · 自定义核函数

MOOSE实战 (下)

多物理场耦合 · 并行计算 · 后处理可视化

基础语法 · 扩散方程 · 相场模型实现

OpenPhase实战

数据结构 · 晶粒生长 · 枝晶生长模拟

相场模拟的参数标定

实验拟合 · CALPHAD耦合 · 机器学习优化

大规模并行计算

区域分解 · GPU加速 · 自适应网格细化

数据驱动相场模拟

神经网络代理 · PINN · GAN生成微观组织

后处理与可视化

ParaView · OVITO · Matplotlib/Python技巧

可视化后处理

相场模拟的未来展望

高通量 · 数字孪生 · 材料基因组计划