买专利卖专利找龙图腾，真高效！ 查专利查商标用IPTOP,全免费！专利年费监控用IP管家,真方便！

龙图腾网获悉东北大学申请的专利一种钢液凝固过程中强制对流对氮化物枝晶受力计算方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN116741286B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-03-31发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202310067025.2，技术领域涉及：G16C10/00；该发明授权一种钢液凝固过程中强制对流对氮化物枝晶受力计算方法是由孟祥宁;史祎涵;生月伟;刘向阳设计研发完成，并于2023-01-13向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种钢液凝固过程中强制对流对氮化物枝晶受力计算方法在说明书摘要公布了：本发明提供一种钢液凝固过程中强制对流对氮化物枝晶受力计算方法，涉及金属凝固技术领域。本发明收集钢种的成分以及涉及到的热力学与动力学参数和复杂F‑H边界条件。沿x方向速度在右侧添加自由边界条件，利用耦合D2Q9与元胞自动机模型建立Fe‑C‑M‑N四元合金钢在流场中受力生长模型。最后利用可视化处理模块去分析氮化物枝晶形状、尺寸和凝固时的流场分布。本发明优化凝固技术，对氮化物枝晶在强制对流下受力分析进行预测，提高铸坯质量提供理论指导。

本发明授权一种钢液凝固过程中强制对流对氮化物枝晶受力计算方法在权利要求书中公布了：1.一种钢液凝固过程中强制对流对氮化物枝晶受力计算方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1：收集钢种的成分以及凝固过程的热力学与动力学参数、流场边界条件； 步骤2：基于金属凝固理论，采用元胞自动机模型计算氮化物枝晶界面胞生长方向、温度场与溶质场分布；同时采用D2Q9模型去计算流场分布； 步骤2中所述元胞自动机模型是将计算域进行时间和空间上的离散，每个离散的单元称为一个元胞；包括元胞cell的规则和网格LatticeGrid，空间被离散成网格，元胞分布在网格中的各个格子里；离散的时间步长；元胞状态的改变是定义在两个时间步之间的，同一个时间步内，元胞的状态的固定的；每个元胞的状态数是有限的，即元胞只能在固定几种状态中切换，所有元胞状态的更新都遵循同样的规则，不存在享受特殊待遇的元胞，元胞自动机的规则定义在局部，即说元胞状态只受其周围元胞状态的影响； 所述步骤2具体包括以下步骤： 步骤2.1：引入金属凝固理论的元胞自动机模型，计算界面生长方向、温度场分布； 首先假设固液界面是处于热力学平衡状态，根据溶质守恒定律，计算界面生长方向如下公式计算： 1； 其中表示界面生长方向；为梯度算子；f表示界面面网格固相分数增加量；n表示界面沿x方向生长标量；n表示界面沿y方向生长标量；、表示界面沿x，y方向生长的单位矢量； 界面曲率K由如下公式计算： 2； 其中，和分别表示固相率fs在x轴和y轴上的一阶偏导；为固相率fs在先在x轴上求偏导后对y轴求二阶偏导，和分别为固相率fs在x轴和y轴上的二阶偏导； 液相温度场分布的计算由如下公式计算： 3； 其中，T表示温度，λ表示传热系数，ρ表示基体密度，cp表示基体比热容，L表示单位质量基体凝固过程释放的热量，qw表示加载在散热边上的热流密度，t为时间，单位为s；ux和uy分别为流体在x轴与y轴上的速度，单位为m·s-1，ρ和cp在固、液相以及两相区分别采用不同的参数，固液两相区采用fs插值计算，ρ=ρS∙fs+ρL∙1-fs，cp=cS,p∙fs+cL,p∙1-fs；ρS表示固相密度；ρL表示液相密度；cL,p表示液相热容；cS,p表示固相热容； 步骤2.2：探测元胞状态，确定流体流动边界，采用D2Q9模型计算流场速度分布； 步骤2.2中D2Q9模型即格子玻尔兹曼模型的2维空间9离散速度模型，具体模型建立如下： 忽略外力作用，流场的速度分布采用如下公式计算： ； 其中为无量纲单步松弛时间，fi为液相粒子分布函数，为液相粒子平衡分布函数；其中ci为液相流体粒子在格子i方向的迁移速度，为时间步长；其中ci以及权重系数wi下式求得： 4； 5； 其中，c为格子速度；基体密度ρ、宏观速度u以及流体动力学粘度v由如下公式计算： 6； 其中fi为入口节点分布函数，其中i=0,1,2,3,4,5,6,7,8为角步节点序数，cs为格子声速，流体x轴方向速度以及流体y轴方向速度计算公式由如下式计算： 7； 8； 其中，入口密度ρin、出口密度ρout自行设置； 步骤2.3：结合流场速度分布，采用元胞自动机模型计算溶质场分布； 步骤2.3具体为：热相溶质场的热传递如下公式计算： 9； 固相溶质场的热传递如下公式计算： 10； 其中，cL,i与cS,i分别表示第i个元素在固相与液相的浓度，单位为wt.%;i=1,2,3…n-1，第n个元素表示溶剂；Ds,i和表示溶质i在固体中的扩散系数与液相中Darken系数矩阵，单位为m2·s-1；▽为梯度算子，表示液相中Darken系数矩阵，为了简化计算，假设在x轴与y轴方向上的，其由如下公式计算： 11； 其中，δki和表示Kroneckerdelta函数和液相中单个Darken系数矩阵；xm、xi与xj分别表示元素m、i、j的摩尔分数；和am分别表示元素m的自扩散系数和元素m的活度，k为元素，am由如下公式计算： 12； 其中，[%n]与[%m]分别表示元素n与元素m基于质量1%的浓度，溶质相互作用系数，固液界面处过冷度由如下公式计算： 13； 其中，Γ为Gibbs-Thomson系数，K∙m；K为界面曲率，固液界面法相与生长方向的函数fφ,θ由如下公式计算： 14； 其中，φ与θ分别为表示生长方向与择优生长与x轴正方向夹角，rad，表示各项异性参数，其中夹角φ如下公式计算： 15； 根据界面处溶质守恒定律，在热力学平衡状态下界面胞的生长速度按下式求解： 16； 其中，为溶质传输项，其只考虑液相溶质间相互作用对枝晶生长的影响；DnS,i和DnL,ij分别表示溶质i在固相中的扩散系数与液相中Darken系数矩阵，m2·s-1；cL,i表示界面胞液相成分；cS,i表示界面胞固相成分；c*L,i为元素i在固液相界面处液相热力学平衡浓度；c*S,i为元素i在固液相界面处固相热力学平衡浓度；界面胞凝固前沿生长速度；表示界面生长方向，通过求解出的界面胞凝固前沿生长速度，单位时间步长内界面胞的生长通过固相率增加来计算，如下公式所示： 17； 18； 19； 其中，和分别为上一时刻和这一时刻NbN的元胞固相率的固相率的增加；Δt为时间步长；Lφ表示沿方向穿过元胞中心的单位长度；Δl＝1μm为网格单元长度；θ表示枝晶生长方向和x轴方向的夹角，表示界面胞前沿速度，单位为m∙s-1，Δfs表示界面网格固相分数增加量；Δl为元胞尺寸； 强制对流对NbN枝晶受力计算模拟计算以下假设：钢中析出的NbN不含有其他相；仅考虑液相中的NbN析出；忽略生长过程中的界面能增加；忽略NbN析出时的热量变化；计算区域内某一元胞满足NbN析出条件时，标记该元胞并对该元胞进行3×3的网格细化分，同时根据动态化学平衡对其生长进行计算，如下公式所示： 20； 其中，MNbN表示NbN的相对分子质量；Δx表示反应量；ΔfNbN表示NbN固相分数zen增加量；ρFe表示Fe的密度；ρNbN表示NbN密度； 步骤3：通过上述D2Q9模型，进行可视化处理显示MN枝晶的形状、尺寸和凝固时的流场分布。

如需购买、转让、实施、许可或投资类似专利技术，可联系本专利的申请人或专利权人东北大学，其通讯地址为：110819 辽宁省沈阳市和平区文化路三巷11号；或者联系龙图腾网官方客服，联系龙图腾网可拨打电话0551-65771310或微信搜索“龙图腾网”。

以上内容由龙图腾AI智能生成。