3月27日下午2点,“钢铁之声:利用计算机来认识材料”主题讲座在冶金楼3102举行。本次讲座邀请到学院张庆宇老师作为主讲,张庆宇老师2018年9月博士毕业于东南大学材料科学与工程学院,读博期间到德国耶拿大学访学习一年,主要研究方向为金属材料凝固组织演化和微纳尺度多相流现象的数值模拟。全体2018级本科生参加讲座。
张老师首先讲到材料科学的研究方向有实验研究,理论研究和数值模拟三种。实验研究依靠实验仪器获得数据。这种研究方法受制于实验成本,高的实验成本,高精度的实验仪器获得的实验数据也更精确。理论研究是基于已有的理论和数据,构建或扩展抽象的数理模型,建立不同变量之间的联系,然而这种方法也有抽象性,难以处理复杂因素的缺点。而数值模拟是对数理模型进行时间和空间上的离散,采用数值方法对数理模型进行求解,对物理现象进行再现和可视化分析。理论上研究的基础,实验和数值模拟是获得数据的手段,这三者优势互补,相互印证。
张老师向同学们展示了多个数值模拟出来的金属凝固过程中显微组织的演化,让同学们对金相组织有了直观的认识。利用数值模拟,不仅可以获得这些组织生长过程的动画,还可以获得一些定量的数据。凝固过程有一个问题就是气孔。当高温的铝溶液中含有氢的成分,在凝固过程中,氢不断被排出,当液相的氢越来越多,达到超过饱和度时,气泡就产生了。通过数值模拟的研究,观察到白色的枝晶生长,气孔出来时与白色的物相作用。到一定温度之后,可以看到共晶组织的产生。张老师向大家展示了纳米仿生材料表面超疏水性能。从动画中看出,随着冷凝的进行,空间不断从上边界进入到计算区域当中。在柱子顶端形成液滴,然后长大,合并,最后一直处于柱子顶端。但如果改变尺寸,改变高度、间隙、宽度,就可以看到液体形合不在柱子的顶端了,而是在间隙处。当换成比较矮的柱子时,液滴就在底端形合,长大,合并。这时两个柱子的间隙处始终都有液相存在,相当于柱子粘住了液滴,不易滚落,自清洁的效果。
利用计算机来研究金属材料是和传统方法不同的实验方法。计算机数值模拟可对不同物理现象进行分析预测,可提供实验难以得到的详细信息,帮助我们理解材料科学中许多复杂的物理机制,为发展新材料和新工艺提供了重要思路和依据,加快新材料和新工艺的研发效率。科学的发展不是孤立的,一门学科,一门技术的发展往往可以促进另一门学科的发展。作为当代大学生不要局限于用传统方法来处理事物,应具有从多角度多方面来看待一样事物的眼光。