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金屬加工技術的材料建模基礎——理論與應用 版權信息
- ISBN：9787548734765
- 條形碼：9787548734765 ; 978-7-5487-3476-5
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
金屬加工技術的材料建模基礎——理論與應用 本書特色
編輯推薦： 對于現代工程應用來說，成形的金屬部件要求具備特定的顯微結構、機械性能和物理性能，以保證部件的服役性能和使用壽命。為了滿足這一要求，已開發出材料及其加工模型，它們除了可以表征材料宏觀流變的力學特性之外，還可以展示材料顯微結構的演化過程。為了實現這一目標，多年來研究者們一直在努力推進經典材料力學模型的發展。這些進展不僅可以統一地對材料進行描述，還可以模擬大變形金屬在成形過程中產生的力學現象和物理現象。 本書的主要目的是介紹材料及其加工技術模擬的研究現狀，使其可以幫助工程師改進生產工藝和改善金屬成形零件的質量。本書要求讀者具備固體力學、塑性理論和金屬成形工藝的基礎知識，并熟悉數值方法和計算技術。本書不僅適用于本科生、研究生和工程技術人員，也有益于學術導師和工程管理人員。 本書的核心是發展統一的材料模擬理論，以便于分析金屬成形過程中遇到的各類力學問題和顯微結構演化問題。為了涵蓋更廣泛的主題，本書取名為《金屬加工技術的材料建模基礎——理論與應用》。許多金屬加工技術不涉及塊體材料的大塑性變形，如摩擦攪拌焊（FSW）、惰性氣體焊接、材料熱處理（如固溶熱處理加淬火）、激光聯接與切割。在這些情況下，機械載荷和熱載荷的作用會使材料產生小尺度的塑性變形，而且在高溫和復雜應力應變狀態下，其顯微結構也發生了變化。采用本書引入的統一理論，也可以模擬這些工藝的加工力學現象和動態顯微結構演變。本書給出了若干例子，指導讀者將這些模型和技術應用于某些特定的工藝，這些工作是由倫敦帝國理工學院金屬成形與材料模擬團隊完成的，有些工作是他們早年在伯明翰大學完成的。例如，建立了統一的黏塑性本構方程，模擬RR1000超合金和貝氏體鋼在惰性氣體焊接過程中的力學行為和顯微結構的演變（Shi，Doel，Lin，等，2010）。
金屬加工技術的材料建模基礎——理論與應用 內容簡介
本書主要介紹了金屬加工技術的材料建模基礎理論與應用。主要包括金屬熱加工過程中微觀組織的演變機制和數學建模、彈粘塑性統一本構建模、韌性損傷規律與模型表征、晶體塑性理論與建模方法及其在實際工程中的應用。
金屬加工技術的材料建模基礎——理論與應用 目錄
第1章 金屬成形與材料模擬
1.1 金屬成形工藝簡介
1.1.1 壓制成形
1.1.2 金屬板材成形
1.1.3 成形的優勢
1.2 成形過程中材料顯微結構的調控
1.2.1 晶粒尺寸
1.2.2 缺陷的消除
1.2.3 硬化
1.2.4 成形過程中材料的失效
1.3 材料建模方法
1.3.1 本構方程
1.3.2 材料物理性能與力學性能的建模
1.3.3 統一本構方程及狀態變量
第2章 金屬變形力學
2.1 結晶材料與塑性變形
2.1.1 結晶材料
2.1.2 單晶體的塑性變形
2.2 主變形機制
2.2.1 冷成形過程中的塑性變形
2.2.2 溫/熱成形中的黏塑性變形
2.3 應力和應變的定義
2.3.1 應力
2.3.2 位移、應變和應變速率
2.3.3 有限變形和其他應變的定義
2.3.4 應力應變關系
2.3.5 彈性應變能
2.4 屈服準則
2.4.1 von-Mises屈服準則
2.4.2 Tresca屈服準則
2.4.3 von-Mises 和Tresca屈服面的圖解說明
2.4.4 其他屈服準則
2.5 不同金屬成形條件下的應力狀態
2.5.1 簡單變形條件
2.5.2 成形過程中的應力狀態
第3章 統一本構建模技術
3.1 黏塑性勢函數和基本本構法則
3.1.1 彈塑性問題的基本定義
3.1.2 塑性應變的計算
3.1.3 黏塑性勢函數
3.2 塑性變形硬化
3.2.1 各向同性硬化
3.2.2 隨動硬化
3.3 狀態變量和統一本構方程
3.3.1 統一本構方程
3.3.2 統一本構方程的求解
3.3.3 方程組常數的確定
3.3.4 多軸本構方程組
第4章 金屬冷成形過程中的塑性
4.1 應用領域
4.2 增量法和硬化法則
4.2.1 單軸行為
4.2.2 基于von-Mises屈服準則的塑性流變法則
4.3 其他的塑性流動法則
4.3.1 Hill的各向異性屈服準則和流動法則
4.3.2 Tresca準則的各向同性流動法則
4.4 隨動硬化法則
第5章 金屬溫/熱成形過程中黏塑性和微觀結構的演變
5.1 應用領域
5.2 金屬的黏塑性變形
5.2.1 高溫蠕變
5.2.2 應力松弛
5.2.3 黏塑性的基本特征
5.3 超塑性變形機理
5.3.1 過程和特點
5.3.2 應變速率硬化，敏感性和延展性
5.3.3 SPF材料建模
5.4 黏塑性和硬化的模擬
5.4.1 耗散勢和正交法則
5.4.2 材料的黏塑性變形
5.4.3 各向同性硬化方程
5.5 位錯硬化、回復和再結晶
5.5.1 位錯密度演化
5.5.2 再結晶
5.5.3 晶粒演變模擬
5.5.4 再結晶和晶粒尺寸對位錯密度的影響
5.5.5 晶粒尺寸對材料黏塑性流動的影響
5.6 統一黏塑性本構方程示例
5.6.1 用于超塑性的統一本構方程
5.6.2 用于鋼熱軋的統一本構方程
第6章 金屬成形中的連續損傷力學
6.1 損傷力學的概念
6.1.1 損傷及損傷變量的定義
6.1.2 具體的損傷定義方法
6.2 損傷機制，變量和模型
6.2.1 Kachanov蠕變損傷方程
6.2.2 由于高溫蠕變中移動位錯的增殖造成的損傷
6.2.3 由于蠕變約束的孔洞形核與擴展造成的損傷
6.2.4 由于連續孔洞擴展造成的損傷
6.2.5 金屬成形中的損傷和變形機理
6.3 基于損傷演變的應力狀態建模
6.3.1 高溫蠕變應力狀態損傷模型
6.3.2 熱成形應力狀態損傷模型
6.3.3 熱沖壓二維應力狀態模型
6.4 金屬冷成形損傷建模
6.4.1 Rice和Tracey模型
6.4.2 應變能量模型
6.4.3 Gurson模型
6.5 溫/熱金屬成形造成的損傷建模
6.5.1 超塑性成形的損傷建模
6.5.2 熱成形時晶粒尺寸和應變率的影響
6.6 熱壓縮成形損傷愈合
第7章 材料建模的數值方法
7.1 材料建模中的數值框架
7.1.1 求解ODE型本構方程的方法
7.1.2 基于實驗數據確定統一本構方程
7.2 數值整合
7.2.1 顯式歐拉法
7.2.2 中點法
7.2.3 Runge-Kutta法
7.2.4 隱式歐拉法
7.3 誤差分析和步長控制方法
7.3.1 誤差和步長控制
7.3.2 統一本構方程中的單位
7.3.3 無量綱誤差評估方法
7.4 隱性數值積分的案例研究
7.4.1 隱式積分法
7.4.2 歸一化誤差估計和步長控制
7.4.3 雅可比矩陣和計算效率
7.4.4 對解決ODE型統一本構方程的評價
7.5 構建優化目標函數
7.5.1 用于材料建模的目標函數的個體特征
7.5.2 *短距離修正法(OF-I）
7.5.3 通用多重目標函數(OF-Ⅱ）
7.5.4 真誤差定義多重目標函數(OF-IⅢ）
7.5.5 評估目標函數的特征
7.6 從實驗數據確定本構方程的優化方法
7.6.1 優化的定義
7.6.2 基于梯度的優化方法
7.6.3 基于進化編程（EP)的方法
7.7 確定本構方程示例
7.7.1 材料建模的系統開發
7.7.2 本構方程的確定
7.7.3 討論
第8章 材料與過程建模在金屬成形中的應用
8.1 先進的金屬成形過程建模框架
8.2 超塑性成形過程建模
8.2.1 統一超塑性成形本構方程
8.2.2 有限元模型和數值計算程序
8.2.3 晶粒尺寸對Ti-6Al-4V合金矩形框成形的影響
8.2.4 在515℃條件下A1-Zn-Mg合金框的成形
8.3 大型鋁板的蠕變時效成形(CAF)
8.3.1 蠕變時效成形工藝與變形機制
8.3.2 鋁合金的時效強化
8.3.3 統一蠕變時效本構方程
8.3.4 蠕變時效成形工藝模擬的數值程序
8.3.5 蠕變時效成形過程模擬分析
8.4 鋁合金板型零件的成形工藝
8.4.1 HFQ工藝介紹
8.4.2 熱沖壓成形極限
8.4.3 HFQ鋁的統一本構方程
8.4.4 HFQ特性的測試
8.5 鋼的熱軋
8.5.1 統一黏塑性本構方程
8.5.2 有限元模型和模擬程序
8.5.3 預測結果
8.6 鍛造過程中二相鈦合金的建模
8.6.1 Ti-6Al-4V燃氣輪機葉片的熱成形
8.6.2 變形和軟化機制
8.6.3 統一黏塑性本構模型
8.6.4 確定的統一黏塑性本構方程
第9章 微成形過程建模的晶體塑性理論
9.1 晶體塑性及微成形
9.1.1 微型零件及尺度效應
9.1.2 晶體塑性現象
9.2 晶體塑性本構方程
9.2.1 晶體動力學
9.2.2 晶體黏塑性本構方程
9.3 晶粒組織生成
9.3.1 晶粒分布和生成算法
9.3.2 基于物理材料參數的晶粒組織產生
9.3.3 2D-VGRAIN系統的建立
9.4 內聚模型和3D晶粒組織模型的建立
9.4.1 內聚模型
9.4.2 3D晶粒組織模型
9.5 VGRAIN系統的搭建
9.5.1 總體系統
9.5.2 晶粒組織生成
9.6 微成形過程建模的案例研究
9.6.1 平面應變拉伸的頸縮現象
9.6.2 擠壓微型銷
9.6.3 微管液壓成形
9.6.4 微柱壓縮
參考文獻
附錄A 統一本構方程組
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