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第1章 绪论1

1.1 电子计算机的发展概述1

1.2 计算机在材料科学与工程中的应用简介2

参考文献4

第2章 传热学的基本原理及传热学模型建立6

2.1 传热学的基本原理6

2.1.1 温度场6

2.1.2 热量传递的三种基本方式6

2.1.3 热量传递的基本定律7

2.2 热传导方程8

2.2.1 直角坐标系下的热传导方程推导8

2.2.2 各种坐标系下的热传导方程9

2.3 热传导问题的边界条件及初始条件9

2.3.1 边界条件10

2.3.2 初始条件11

2.4 温度场计算的传热学模型建立11

2.4.1 无限长方柱体淬火冷却过程温度场的计算模型建立11

2.4.2 圆柱体工件淬火冷却过程温度场的计算模型建立12

2.4.3 三维有限大平板激光相变硬化过程温度场的计算模型建立13

2.4.4 三维有限大长方体淬火冷却过程温度场的计算模型建立15

参考文献16

第3章 温度场计算的有限差分法17

3.1 有限差分法的基本原理17

3.2 有限差分方程的建立17

3.2.1 由微分方程的直接代换法建立相应的有限差分方程17

3.2.2 由能量平衡法建立相应的有限差分方程21

3.3 边界节点有限差分方程的建立23

3.3.1 第一类边界24

3.3.2 第二类边界24

3.3.3 第三类边界25

3.3.4 三维热传导问题边界节点有限差分方程的建立25

3.4 有限差分方程的计算机解法26

3.4.1 简单迭代法27

3.4.2 高斯-赛德迭代法27

3.4.3 超松弛迭代法28

3.5 有限差分方程的稳定性、精确度与误差28

3.6 一维非稳态温度场的有限差分法31

3.6.1 无限大平板淬火冷却过程非稳态温度场的有限差分法计算31

3.6.2 无限长圆柱体淬火冷却过程非稳态温度场的有限差分法计算34

3.6.3 球体淬火冷却过程非稳态温度场的有限差分法计算40

3.7 二维非稳态温度场的有限差分法43

3.7.1 长方柱体淬火冷却过程二维非稳态温度场的有限差分法计算44

3.7.2 激光相变硬化过程二维非稳态温度场的有限差分法计算49

3.7.3 圆柱体淬火冷却过程非稳态温度场的有限差分法计算56

3.8 三维非稳态温度场的有限差分法71

3.8.1 三维有限大长方体淬火冷却过程非稳态温度场的有限差分法计算71

3.8.2 三维有限大长方体激光相变硬化过程非稳态温度场的有限差分法计算84

3.9 稳态温度场的有限差分法97

3.9.1 无限大平板厚向一维稳态传热97

3.9.2 无限长圆筒体径向一维稳态传热102

3.9.3 圆球壳体径向一维稳态传热105

参考文献108

第4章 温度场计算的有限元法109

4.1 有限元法的基本思想109

4.2 变分原理109

4.3 温度场的变分问题110

4.3.1 第一类边界条件的二维稳态温度场的变分问题110

4.3.2 第三类边界条件的二维稳态温度场的变分问题110

4.3.3 具有内热源和第三类边界条件的二维稳态温度场的变分问题110

4.3.4 具有内热源和第三类边界条件的轴对称稳态温度场的变分问题111

4.3.5 二维非稳态温度场的变分问题111

4.4 求解区域温度场的离散111

4.5 有限元法的单元分析112

4.5.1 单元的划分112

4.5.2 单元温度场的离散113

4.5.3 单元的变分计算114

4.6 有限元法的总体合成117

4.7 二维非稳态温度场的有限元法117

4.7.1 二维非稳态温度场的单元变分计算117

4.7.2 总体合成119

4.7.3 时间域的离散119

4.8 轴对称温度场的有限元法120

4.8.1 轴对称稳态温度场的有限元法120

4.8.2 轴对称非稳态温度场的有限元法123

4.9 非线性热传导的有限元法126

参考文献129

第5章 热处理过程温度场及组织场的数值模拟130

5.1 大型锻件淬火热处理过程的数值模拟130

5.1.1 淬火热处理过程温度场计算模型的建立131

5.1.2 淬火热处理过程组织场计算模型的建立132

5.1.3 温度场数值模拟计算结果139

5.1.4 组织场数值模拟计算结果141

5.1.5 计算结果与实验结果的比较143

5.2 激光束材料表面相变硬化处理过程的数值模拟145

5.2.1 激光热处理过程的传热学模型146

5.2.2 激光热处理过程的三维差分方程148

5.2.3 计算机程序设计150

5.2.4 激光热处理过程数值分析和工艺优化系统150

参考文献155

第6章 材料固态加工过程的力学原理及有限元法157

6.1 力学原理157

6.1.1 材料的弹塑性157

6.1.2 弹性力学的基本理论158

6.1.3 弹塑性力学的基本理论164

6.1.4 热弹塑性力学的基本理论166

6.2 有限元法167

6.2.1 弹性力学的有限元法167

6.2.2 弹塑性力学的有限元法173

6.2.3 热弹塑性力学的有限元法175

参考文献175

第7章 计算机数据采集及数据库技术在材料科学与工程中的应用177

7.1 计算机温度场实时数据采集系统177

7.1.1 温度场实时数据采集系统的整体设计177

7.1.2 温度场实时数据采集系统的硬件系统设计178

7.1.3 温度场实时数据采集系统的软件系统设计179

7.1.4 数据采集的结果与分析183

7.1.5 温度场实时数据采集系统的性能185

7.2 计算机温度场实时数据采集系统的应用185

7.2.1 惯性摩擦焊接过程温度的计算机实时测量185

7.2.2 淬火热处理过程温度的计算机实时测量188

7.2.3 板材激光弯曲成型过程温度及位移的计算机实时测量192

7.3 数据库技术在材料科学与工程中的应用193

参考文献206

第8章 计算机数值模拟技术在材料加工领域的应用进展208

8.1 船用钢板激光弯曲成型过程的数值模拟208

8.1.1 金属板材激光弯曲成型研究进展208

8.1.2 金属板材激光弯曲成型过程热-力耦合模型的建立209

8.1.3 数值模拟结果与分析212

8.1.4 数值模拟结果的实验验证219

8.1.5 金属板材形状对激光弯曲成型影响的数值模拟研究221

8.1.6 激光工艺参数对激光弯曲成型影响的数值模拟222

8.2 特殊钢棒线材热连轧过程的数值模拟224

8.2.1 特殊钢棒线材热连轧过程热-力耦合模型的建立224

8.2.2 特殊钢棒线材热连轧过程温度场的数值模拟结果226

8.3 元胞自动机法材料微观组织的数值模拟232

8.3.1 元胞自动机的产生和发展232

8.3.2 元胞自动机的基本思想及原理233

8.3.3 元胞自动机的组成233

8.3.4 元胞自动机的基本特征235

8.3.5 元胞自动机的分类236

8.3.6 生命游戏237

8.3.7 方形铸件凝固过程的数值模拟240

8.3.8 动态再结晶过程的数值模拟243

参考文献264