- Phasenfeldmethode
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Die Phasenfeldmethode oder phase field method ist ein numerisches Verfahren zur thermodynamischen Simulationen von Erstarrungsvorgängen mit Phasenübergängen.
Die Phasenfeldmethode besteht aus der phasenabhängigen thermischen Diffusionsgleichung der Materialien und der Phasenfeldfunktion, deren Differentialgleichung den thermodynamisch bedingten Phasenfortschritt beschreibt.
Unterschiede und Gemeinsamkeiten zur Levelset-Methode und verwandten Verfahren
Gemeinsam zur Levelset- und inhärent, das heißt, es existiert eine direkte Gebiets-Differentialgleichung zur Beschreibung der Interfacebewegung, die auf thermodynamischen Grundsätzen beruht. Sie ist daher nicht direkt für allgemeine chemische Diffusionsprozesse mit Oberflächendynamik oder andere Freiformaufgaben allgemeiner Stefan-Probleme einsetzbar.
Eine Modifikation der Phasenfeldmethode ist die sogenannte anisotrope Beschreibung der atomaren Erstarrungsstruktur von mehrkomponentigen Legierungen ermöglicht, während das Phasenfeld eine mesoskopische Beschreibung der Erstarrung darstellt.
Anwendungen
Die Phasenfeldmethode eignet sich zur Simulation dendritischer Erstarrung von Metallen. Hierbei können mehrfache Diffussionsgleichungen gekoppelt werden, um beispielsweise das Lösungsverhalten von verschiedenen Metallen bei der Erstarrung von Stahl zu berücksichtigen. Mehrparametrische Weiterentwicklungen der Phasenfeldmethode erlauben die Simulation eutektischer Erstarrung binärer Legierungen wie Titan-Eisen.
Referenzen
- Phasenfeld an der RWTH Aachen
- Nikolas Provatas und Ken Elder: Phase-Field Methods in Materials Science and Engineering. Wiley-VCH 2010, ISBN 978-3-527-40747-7
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