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冶金工业

金属加工技术的材料建模基础——理论与应用

作者：(英)林建国著

出版社：中南大学出版社出版时间：2019-12-01

开本： 24cm 页数： 370页

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本书特色
内容简介
目录

金属加工技术的材料建模基础——理论与应用版权信息

ISBN：9787548734765
条形码：9787548734765 ; 978-7-5487-3476-5
装帧：一般胶版纸
册数：暂无
重量：暂无
所属分类：
工业技术
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冶金工业

金属加工技术的材料建模基础——理论与应用本书特色

编辑推荐：对于现代工程应用来说，成形的金属部件要求具备特定的显微结构、机械性能和物理性能，以保证部件的服役性能和使用寿命。为了满足这一要求，已开发出材料及其加工模型，它们除了可以表征材料宏观流变的力学特性之外，还可以展示材料显微结构的演化过程。为了实现这一目标，多年来研究者们一直在努力推进经典材料力学模型的发展。这些进展不仅可以统一地对材料进行描述，还可以模拟大变形金属在成形过程中产生的力学现象和物理现象。本书的主要目的是介绍材料及其加工技术模拟的研究现状，使其可以帮助工程师改进生产工艺和改善金属成形零件的质量。本书要求读者具备固体力学、塑性理论和金属成形工艺的基础知识，并熟悉数值方法和计算技术。本书不仅适用于本科生、研究生和工程技术人员，也有益于学术导师和工程管理人员。本书的核心是发展统一的材料模拟理论，以便于分析金属成形过程中遇到的各类力学问题和显微结构演化问题。为了涵盖更广泛的主题，本书取名为《金属加工技术的材料建模基础——理论与应用》。许多金属加工技术不涉及块体材料的大塑性变形，如摩擦搅拌焊（FSW）、惰性气体焊接、材料热处理（如固溶热处理加淬火）、激光联接与切割。在这些情况下，机械载荷和热载荷的作用会使材料产生小尺度的塑性变形，而且在高温和复杂应力应变状态下，其显微结构也发生了变化。采用本书引入的统一理论，也可以模拟这些工艺的加工力学现象和动态显微结构演变。本书给出了若干例子，指导读者将这些模型和技术应用于某些特定的工艺，这些工作是由伦敦帝国理工学院金属成形与材料模拟团队完成的，有些工作是他们早年在伯明翰大学完成的。例如，建立了统一的黏塑性本构方程，模拟RR1000超合金和贝氏体钢在惰性气体焊接过程中的力学行为和显微结构的演变（Shi，Doel，Lin，等，2010）。

金属加工技术的材料建模基础——理论与应用内容简介

本书主要介绍了金属加工技术的材料建模基础理论与应用。主要包括金属热加工过程中微观组织的演变机制和数学建模、弹粘塑性统一本构建模、韧性损伤规律与模型表征、晶体塑性理论与建模方法及其在实际工程中的应用。

金属加工技术的材料建模基础——理论与应用目录

第1章金属成形与材料模拟 1.1 金属成形工艺简介 1.1.1 压制成形 1.1.2 金属板材成形 1.1.3 成形的优势 1.2 成形过程中材料显微结构的调控 1.2.1 晶粒尺寸 1.2.2 缺陷的消除 1.2.3 硬化 1.2.4 成形过程中材料的失效 1.3 材料建模方法 1.3.1 本构方程 1.3.2 材料物理性能与力学性能的建模 1.3.3 统一本构方程及状态变量第2章金属变形力学 2.1 结晶材料与塑性变形 2.1.1 结晶材料 2.1.2 单晶体的塑性变形 2.2 主变形机制 2.2.1 冷成形过程中的塑性变形 2.2.2 温/热成形中的黏塑性变形 2.3 应力和应变的定义 2.3.1 应力 2.3.2 位移、应变和应变速率 2.3.3 有限变形和其他应变的定义 2.3.4 应力应变关系 2.3.5 弹性应变能 2.4 屈服准则 2.4.1 von-Mises屈服准则 2.4.2 Tresca屈服准则 2.4.3 von-Mises 和Tresca屈服面的图解说明 2.4.4 其他屈服准则 2.5 不同金属成形条件下的应力状态 2.5.1 简单变形条件 2.5.2 成形过程中的应力状态第3章统一本构建模技术 3.1 黏塑性势函数和基本本构法则 3.1.1 弹塑性问题的基本定义 3.1.2 塑性应变的计算 3.1.3 黏塑性势函数 3.2 塑性变形硬化 3.2.1 各向同性硬化 3.2.2 随动硬化 3.3 状态变量和统一本构方程 3.3.1 统一本构方程 3.3.2 统一本构方程的求解 3.3.3 方程组常数的确定 3.3.4 多轴本构方程组第4章金属冷成形过程中的塑性 4.1 应用领域 4.2 增量法和硬化法则 4.2.1 单轴行为 4.2.2 基于von-Mises屈服准则的塑性流变法则 4.3 其他的塑性流动法则 4.3.1 Hill的各向异性屈服准则和流动法则 4.3.2 Tresca准则的各向同性流动法则 4.4 随动硬化法则第5章金属温/热成形过程中黏塑性和微观结构的演变 5.1 应用领域 5.2 金属的黏塑性变形 5.2.1 高温蠕变 5.2.2 应力松弛 5.2.3 黏塑性的基本特征 5.3 超塑性变形机理 5.3.1 过程和特点 5.3.2 应变速率硬化，敏感性和延展性 5.3.3 SPF材料建模 5.4 黏塑性和硬化的模拟 5.4.1 耗散势和正交法则 5.4.2 材料的黏塑性变形 5.4.3 各向同性硬化方程 5.5 位错硬化、回复和再结晶 5.5.1 位错密度演化 5.5.2 再结晶 5.5.3 晶粒演变模拟 5.5.4 再结晶和晶粒尺寸对位错密度的影响 5.5.5 晶粒尺寸对材料黏塑性流动的影响 5.6 统一黏塑性本构方程示例 5.6.1 用于超塑性的统一本构方程 5.6.2 用于钢热轧的统一本构方程第6章金属成形中的连续损伤力学 6.1 损伤力学的概念 6.1.1 损伤及损伤变量的定义 6.1.2 具体的损伤定义方法 6.2 损伤机制，变量和模型 6.2.1 Kachanov蠕变损伤方程 6.2.2 由于高温蠕变中移动位错的增殖造成的损伤 6.2.3 由于蠕变约束的孔洞形核与扩展造成的损伤 6.2.4 由于连续孔洞扩展造成的损伤 6.2.5 金属成形中的损伤和变形机理 6.3 基于损伤演变的应力状态建模 6.3.1 高温蠕变应力状态损伤模型 6.3.2 热成形应力状态损伤模型 6.3.3 热冲压二维应力状态模型 6.4 金属冷成形损伤建模 6.4.1 Rice和Tracey模型 6.4.2 应变能量模型 6.4.3 Gurson模型 6.5 温/热金属成形造成的损伤建模 6.5.1 超塑性成形的损伤建模 6.5.2 热成形时晶粒尺寸和应变率的影响 6.6 热压缩成形损伤愈合第7章材料建模的数值方法 7.1 材料建模中的数值框架 7.1.1 求解ODE型本构方程的方法 7.1.2 基于实验数据确定统一本构方程 7.2 数值整合 7.2.1 显式欧拉法 7.2.2 中点法 7.2.3 Runge-Kutta法 7.2.4 隐式欧拉法 7.3 误差分析和步长控制方法 7.3.1 误差和步长控制 7.3.2 统一本构方程中的单位 7.3.3 无量纲误差评估方法 7.4 隐性数值积分的案例研究 7.4.1 隐式积分法 7.4.2 归一化误差估计和步长控制 7.4.3 雅可比矩阵和计算效率 7.4.4 对解决ODE型统一本构方程的评价 7.5 构建优化目标函数 7.5.1 用于材料建模的目标函数的个体特征 7.5.2 *短距离修正法(OF-I） 7.5.3 通用多重目标函数(OF-Ⅱ） 7.5.4 真误差定义多重目标函数(OF-IⅢ） 7.5.5 评估目标函数的特征 7.6 从实验数据确定本构方程的优化方法 7.6.1 优化的定义 7.6.2 基于梯度的优化方法 7.6.3 基于进化编程（EP)的方法 7.7 确定本构方程示例 7.7.1 材料建模的系统开发 7.7.2 本构方程的确定 7.7.3 讨论第8章材料与过程建模在金属成形中的应用 8.1 先进的金属成形过程建模框架 8.2 超塑性成形过程建模 8.2.1 统一超塑性成形本构方程 8.2.2 有限元模型和数值计算程序 8.2.3 晶粒尺寸对Ti-6Al-4V合金矩形框成形的影响 8.2.4 在515℃条件下A1-Zn-Mg合金框的成形 8.3 大型铝板的蠕变时效成形(CAF) 8.3.1 蠕变时效成形工艺与变形机制 8.3.2 铝合金的时效强化 8.3.3 统一蠕变时效本构方程 8.3.4 蠕变时效成形工艺模拟的数值程序 8.3.5 蠕变时效成形过程模拟分析 8.4 铝合金板型零件的成形工艺 8.4.1 HFQ工艺介绍 8.4.2 热冲压成形极限 8.4.3 HFQ铝的统一本构方程 8.4.4 HFQ特性的测试 8.5 钢的热轧 8.5.1 统一黏塑性本构方程 8.5.2 有限元模型和模拟程序 8.5.3 预测结果 8.6 锻造过程中二相钛合金的建模 8.6.1 Ti-6Al-4V燃气轮机叶片的热成形 8.6.2 变形和软化机制 8.6.3 统一黏塑性本构模型 8.6.4 确定的统一黏塑性本构方程第9章微成形过程建模的晶体塑性理论 9.1 晶体塑性及微成形 9.1.1 微型零件及尺度效应 9.1.2 晶体塑性现象 9.2 晶体塑性本构方程 9.2.1 晶体动力学 9.2.2 晶体黏塑性本构方程 9.3 晶粒组织生成 9.3.1 晶粒分布和生成算法 9.3.2 基于物理材料参数的晶粒组织产生 9.3.3 2D-VGRAIN系统的建立 9.4 内聚模型和3D晶粒组织模型的建立 9.4.1 内聚模型 9.4.2 3D晶粒组织模型 9.5 VGRAIN系统的搭建 9.5.1 总体系统 9.5.2 晶粒组织生成 9.6 微成形过程建模的案例研究 9.6.1 平面应变拉伸的颈缩现象 9.6.2 挤压微型销 9.6.3 微管液压成形 9.6.4 微柱压缩参考文献附录A 统一本构方程组

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