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申请/专利权人：南京航空航天大学

摘要：本发明公开了一种多枝晶运动相场法并行模拟的碰撞检测和合并方法，属于微观组织模拟领域，适用于采用相场法预测二元单相合金多枝晶在液相中存在平移和旋转的生长过程。该方法提出了不同时刻已碰撞的多个枝晶组成的固相颗粒在其内部发生重叠的过滤方法、同一时刻两个或多个固相颗粒在不同节点发生重叠的过滤方法、并行计算时在不同CPU中检测到的相同固相颗粒发生的碰撞的过滤方法、发生碰撞的多个枝晶的合并方法。采用本发明提出的碰撞检测和合并方法对具有2个柱状晶、4个等轴晶的方腔流计算域进行了并行试算，结果表明该方法可以高效准确地再现所有等轴晶在液态金属中发生的平移、旋转、碰撞和合并等行为。

主权项：1.一种多枝晶运动相场法并行模拟的碰撞检测和合并方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：多进程逐节点寻找重叠固相，所有进程在各自的计算域中逐节点查找相场值超过规定阈值的固相颗粒的数量，各进程中设立整形变量1存储这一数量，若该数量大于1，则当前节点判定为固相颗粒重叠点，并记录发生重叠的所有固相颗粒的编号；每个节点在进行重叠固相查找之前将整形变量1重设为0；相场阈值在-1至0之间选取；步骤2：过滤不同时刻已碰撞的由多个枝晶组成的固相颗粒在其内部发生的重叠，通过对当前存在的所有固相颗粒设立一个逻辑变量1实现该过滤步骤，在逐节点寻找重叠固相过程中，当某一节点处组成某固相颗粒的序参量超过相场阈值时，该固相颗粒的逻辑变量1即设为TRUE；在相场阈值判定外层再设立逻辑变量1的判定，仅当逻辑变量1为FALSE时进行相场阈值判定；每个节点在进行重叠固相查找之前将所有固相颗粒的逻辑变量1全部赋值为FALSE；步骤3：过滤同一时刻两个或多个固相颗粒在不同节点发生的重叠，通过对当前存在的所有固相颗粒设立一个逻辑变量2和一个整型变量2实现该过滤步骤，在逐节点寻找重叠固相过程中，当某一节点处组成某固相颗粒的序参量超过相场阈值时，若该固相颗粒的逻辑变量2为TRUE，则对整形变量2进行累加；每一节点寻找重叠固相结束后，对比整形变量1和2，若两者相等，则将整形变量1重设为0；整形变量1和2的对比结束后，判断整形变量1的值是否大于1，若大于1则将检测到的固相重叠判定为颗粒碰撞，并将组成该碰撞的所有固相颗粒的逻辑变量2设为TRUE；每一时刻，在开始逐节点寻找碰撞点之前将现存所有固相颗粒的逻辑变量2全部赋值为FALSE；每个节点在进行重叠固相查找之前将整型变量2重设为0；步骤4：多进程碰撞检测和信息存储，各进程中设立整形变量3，每一节点寻找重叠固相结束后，若整形变量1的值大于1，则对整形变量3进行累加，并记录发生重叠的所有固相颗粒的编号和总数；每一时刻，在开始逐节点寻找碰撞点之前将整形变量3重设为0；步骤5：过滤并行计算时在不同CPU中检测到的相同固相颗粒间发生的碰撞，通过对归集的所有碰撞设立逻辑变量3实现该过滤步骤，在根进程中按存储顺序遍历所有碰撞，判断每个碰撞与后续碰撞是否相同；两个相同碰撞的判断标准是具有相同的重叠固相编号及总数；若相同，则将当前碰撞的逻辑变量3赋值为TRUE；在相同碰撞对比的外层再设立逻辑变量3的判定，仅当逻辑变量3为FALSE时才对进行碰撞对比；在所有碰撞查重结束后，根据逻辑变量3转存碰撞信息，仅存储逻辑变量3为FALSE的碰撞的信息，包括重叠固相颗粒的编号及总数，即可得到所有CPU中互不相重的所有碰撞；每一时刻，在归集所有碰撞的信息时将所有碰撞碰撞的逻辑变量3重设为FALSE；步骤6：实现发生碰撞的多个枝晶的合并，在根进程中存储每个碰撞中每个重叠固相颗粒的质量、质心、平移速度、旋转速度、转动惯量；然后根据动量守恒和角动量守恒计算合并枝晶的平移和旋转速度；合并后的固相颗粒编号命名为当前碰撞中的第一个重叠固相颗粒的编号，并将其后的重叠固相颗粒所包含的序参量汇总至合并的固相颗粒中；再通过顺序遍历法，从当前碰撞中第二个固相颗粒开始，将排在其后的固相颗粒前移一位，每前移一次总固相颗粒数减一；每次前移需要将对应的平移、旋转速度信息一并前移。

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