凝固过程数值模拟 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:电子工业出版社

作者:荆涛

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2002-05-01

价格:15.0

装帧:

isbn号码:9787505375956

丛书系列:

图书标签:

• 凝固
• 数值模拟
• 相变
• 传热
• 计算流体力学
• 材料科学
• 金属材料
• 铸造
• 模拟仿真
• 工程应用

《材料微结构演化与性能调控：从原子尺度到宏观工程应用》 内容简介 本书系统深入地探讨了材料微观结构在不同物理场作用下发生的复杂演化过程，并阐述了如何通过精确控制这些演化行为来实现对材料宏观性能的定向调控。全书以材料科学的基础理论为基石，紧密结合现代计算模拟与先进表征技术，旨在构建一个从原子尺度到工程应用尺度的完整知识体系。 第一部分：微观结构演化的基础理论与模拟方法 本部分首先回顾了晶体学、热力学和动力学在描述材料结构状态和演化趋势中的核心地位。详细阐述了相变理论，特别是涉及扩散型相变（如析出、粗化）和无扩散型相变（如孪晶、马氏体转变）的驱动力与阻尼机制。 随后，重点介绍了数值模拟在微观结构研究中的关键技术。这包括： 1. 第一性原理计算（DFT）： 阐述了密度泛函理论在预测材料基态结构、能带结构、缺陷形成能以及界面能方面的应用，为后续的介观模拟提供了可靠的输入参数。特别关注了高熵合金、金属间化合物等复杂体系中短程有序和局域结构畸变的模拟方法。 2. 分子动力学模拟（MD）： 详细介绍了势函数（如EAM、MEAM、以及新兴的机器学习势）的构建与选择，并深入探讨了MD模拟在研究位错动力学、晶界迁移、扩散机制以及辐照损伤等热力学和动力学过程中的优势与局限。讨论了如何通过多尺度耦合技术，如“粗粒化MD”或与介观模拟的衔接，来克服时间尺度的限制。 3. 相场法（Phase Field Modeling, PFM）： 集中讲解了相场法在描述非线性、非平衡态微观结构演化（如枝晶生长、磁畴壁移动、多孔介质形成）中的数学框架。详细推导了基于自由能泛函和动力学方程的相场方程，并展示了如何通过引入各向异性、应力耦合项来精确模拟受外部载荷或温度梯度影响下的复杂形貌演变。 第二部分：特定微观过程的深入分析 本部分将理论与模拟方法应用于几种关键的材料微观演化过程： 1. 晶界工程与材料性能： 深入分析了晶界结构、能级、扩散特性对材料宏观性能（如蠕变、应力腐蚀开裂）的影响。通过原子尺度的模拟，揭示了高角度晶界在变形过程中的弛豫机制和空位吸收行为。探讨了利用晶界工程策略（如引入特定杂质原子或形成纳米孪晶结构）来强化和稳定材料的有效途径。 2. 热塑性变形与动态回复： 聚焦于高温或高应变率下的材料行为。详细分析了位错的源、滑移、缠结以及攀移等过程。将MD模拟结果与连续介质力学中的本构关系相结合，建立了描述动态再结晶和晶粒细化过程的介观模型。特别关注了叠轧、锻造等塑性加工过程中的微观结构演变路径。 3. 界面与异质结构演化： 探讨了不同材料（如金属/陶瓷、金属/高分子）界面处的相互作用与稳定性。通过计算界面能和界面迁移驱动力，预测了界面在热处理或力学载荷下的重构、扩散或断裂倾向。对于复合材料，重点分析了基体与增强相之间的应力传递机制及其对整体力学性能的影响。 4. 辐照损伤与辐射材料科学： 阐述了高能粒子轰击下材料内部产生的初级缺陷（IKDA）的产生、迁移和聚集过程。利用蒙特卡洛方法（如NRT-DPA计算）结合MD模拟，分析了点缺陷团簇（如泡、位错环）的形成与演化，及其对材料脆化、肿胀等宏观性能的影响。 第三部分：微观结构到宏观性能的尺度耦合与逆向设计 本部分强调了如何将微观尺度的模拟结果桥接到可用于工程设计的宏观模型中： 1. 多尺度建模框架： 介绍了几种主流的多尺度耦合策略，包括自上而下（Top-Down，如将微观材料参数输入有限元模型）和自下而上（Bottom-Up，如将MD模拟结果用于校准相场模型的系数）。重点论述了如何利用随机模型和统计方法来处理微观结构的随机性和各向异性。 2. 性能预测与本构关系构建： 基于微观模拟得到的微观结构参数（如晶粒尺寸分布、缺陷密度），推导和修正描述宏观力学行为（如应力-应变曲线、疲劳寿命）的唯象学本构方程。探讨了如何利用先进的机器学习技术，从大量的模拟数据中自动提取关键的结构-性能关联特征。 3. 材料性能逆向设计： 结合计算材料工程（ICME）的理念，构建了从目标性能出发，反向推导所需微观结构特征的设计流程。通过参数化模拟和优化算法，为特定服役环境（如超高温、高载荷）下的新型材料设计提供理论指导和计算验证。 本书特色： 本书内容紧密围绕材料微结构演化这一核心主题，强调计算方法与实验观测的有效结合。它不仅提供了深厚的理论基础和前沿的模拟技术，更注重将这些技术应用于解决实际工程材料中的关键科学问题，为材料科学、材料工程以及计算力学领域的科研人员、工程师和高年级学生提供了一本全面而深入的参考著作。书中包含了大量的案例分析和模拟结果可视化展示，以增强对复杂微观过程的直观理解。

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