《金屬塑性變形多尺度模擬》是2022年科學出版社出版的圖書。
基本介紹
- 中文名：金屬塑性變形多尺度模擬
- 出版時間：2022年6月1日
- 出版社：科學出版社
- ISBN：9787030711205
內容簡介,圖書目錄,
內容簡介
《金屬塑性變形多尺度模擬》是一本關於金屬塑性變形多尺度模擬的學術專著，體現了該領域的研究進展。《金屬塑性變形多尺度模擬》以金屬材料的塑性變形為主線，基於巨觀尺度、介觀尺度、微觀尺度、納觀尺度和原子尺度，採用多尺度模擬手段深入闡述了金屬塑性變形的物理本質。《金屬塑性變形多尺度模擬》多尺度模擬的內容包括金屬塑性變形巨觀有限元模擬、金屬塑性變形晶體塑性有限元模擬、金屬塑性變形動態再結晶元胞自動機模擬、金屬塑性變形離散位錯動力學模擬、金屬塑性變形分子動力學模擬和金屬塑性變形第一性原理模擬。《金屬塑性變形多尺度模擬》注重經典理論與現代模擬技術的結合，注重多學科之間的交叉與融通，旨在建立一個較為完備的金屬塑性變形理論知識體系。
圖書目錄
前言
第1章 金屬中的位錯、層錯與孿晶 1
1.1 理想金屬晶體結構理論基礎 1
.1.1 金屬晶體的正空間及原胞 1
1.1.2 三種常用金屬晶體的基本結構 23
1.2 位錯 26
1.2.1 位錯的基本概念 26
1.2.2 位錯的幾何描述 27
1.2.3 刃型位錯 30
1.2.4 螺型位錯 31
1.2.5 混合位錯 32
1.2.6 位錯密度 34
1.3 層錯 34
1.3.1 密堆金屬晶體結構中的堆垛層次 34
1.3.2 面心立方晶體中的層錯 37
1.3.3 密排六方晶體中的層錯 39
1.3.4 體心立方晶體中的層錯 41
1.4 孿晶 44
1.4.1 孿晶的基本定義 44
1.4.2 孿晶的基本要素 45
1.4.3 孿晶的基本類型 45
1.5 位錯與層錯的關係 45
1.5.1 不全位錯 45
1.5.2 位錯反應 47
1.5.3 擴展位錯 49
1.5.4 壓桿位錯 51
1.6 層錯與孿晶的關係 52
1.6.1 面心立方金屬中的層錯與孿晶 52
1.6.2 體心立方金屬中的層錯與孿晶 53
第2章 金屬塑性變形的物理本質 56
2.1 位錯滑移機制 56
2.1.1 位錯滑移的晶體學描述 56
2.1.2 位錯滑移的力學條件 61
2.1.3 位錯滑移誘發塑性應變 63
2.1.4 交滑移 64
2.1.5 多滑移 65
2.1.6 位錯的交割 67
2.2 位錯攀移機制 71
2.3 不全位錯的運動 73
2.4 變形孿生機制 75
2.4.1 變形孿生的剪下變形 76
2.4.2 變形孿生的位錯基礎 79
2.4.3 變形孿生的物理機制 81
2.4.4 變形孿生力學條件 84
參考文獻 84
第3章 金屬多晶體的塑性變形 86
3.1 晶界的幾何描述 86
3.1.1 晶界的定義及其自由度 86
3.1.2 基於幾何描述的晶界分類 87
3.1.3 重合位置點陣 88
3.1.4 O點陣 89
3.1.5 完整位移變換點陣 90
3.2 晶界的基本結構 91
3.2.1 基於本徵位錯的晶界結構 91
3.2.2 基於原子結構的晶界結構 92
3.3 晶界的晶體缺陷 95
3.3.1 點缺陷 95
3.3.2 線缺陷 97
3.3.3 體缺陷 98
3.4 塑性變形過程中的晶界 99
3.4.1 變形不協調性 99
3.4.2 晶界滑動 103
3.4.3 晶界遷移 106
3.5 變形織構 109
3.5.1 變形織構的基本定義 109
3.5.2 變形織構的基本分類 110
3.5.3 變形織構的統計描述 112
參考文獻 127
第4章 金屬塑性變形巨觀本構行為 129
4.1 應力張量理論基礎 129
4.1.1 Cauchy應力張量 129
4.1.2 Cauchy應力張量的客觀性 134
4.2 應變張量理論基礎 138
4.2.1 應變張量的基本描述 138
4.2.2 應變張量的不變數 139
4.2.3 應變球張量和應變偏張量 139
4.2.4 等效應變 140
4.2.5 應變增量張量 140
4.2.6 應變速率張量 141
4.3 塑性屈服準則 141
4.3.1 理想剛塑性材料屈服準則 142
4.3.2 各向同性硬化屈服準則 144
4.3.3 隨動硬化屈服準則 144
4.4 塑性流動基本假設 145
4.5 一致性條件 146
4.6 彈性本構行為 148
4.6.1 彈性本構行為的一般描述 148
4.6.2 各向異性材料的本構關係 150
4.6.3 各向同性材料的本構關係 152
4.7 塑性本構行為 153
4.7.1 理想剛塑性材料本構行為 153
4.7.2 各向同性硬化材料的本構行為 153
4.7.3 隨動硬化材料的本構行為 156
4.7.4 混合硬化材料的本構行為 159
4.8 黏塑性材料的本構行為 161
4.9 彈塑性材料的本構行為 165
參考文獻 165
第5章 金屬塑性變形巨觀有限元模擬 167
5.1 剛塑性/剛黏塑性有限元基本原理 167
5.1.1 力學基本原理 167
5.1.2 有限元變分原理 168
5.1.3 有限元法的求解步驟 169
5.2 剛塑性/剛黏塑性有限元關鍵問題處理 174
5.2.1 收斂準則的判斷 174
5.2.2 非線性方程組的解法 174
5.2.3 剛性區的處理 175
5.2.4 摩擦邊界條件的處理 176
5.2.5 格線的重新劃分 176
5.3 金屬塑性成形巨觀有限元模擬案例 177
5.3.1 帶縱向內筋筒形件反向滾珠旋壓成形剛塑性有限元模擬 177
5.3.2 飛機環形座套鍛件等溫精密成形剛黏塑性有限元模擬 185
5.3.3 飛機環形座鍛件等溫精密成形剛黏塑性有限元模擬 191
參考文獻 198
第6章 金屬塑性變形晶體塑性有限元模擬 200
6.1 變形理論基礎 200
6.1.1 變形梯度與應變度量 200
6.1.2 變形梯度的極分解 206
6.1.3 速度梯度 209
6.1.4 彈塑性變形耦合 213
6.1.5 彈塑性變形的速度梯度和變形速率 215
6.1.6 變形梯度、速度梯度和變形速率張量的客觀性 216
6.2 幾個重要的應力張量 217
6.2.1 第一Piola-Kirchhoff應力張量 217
6.2.2 第二Piola-Kirchhoff應力張量 218
6.2.3 Kirchhoff應力張量 218
6.3 客觀應力率 218
6.3.1 客觀應力率的基本定義 218
6.3.2 Jaumann應力率 218
6.4 晶體塑性本構模型 221
6.4.1 基於唯象理論本構模型 221
6.4.2 基於位錯密度本構模型 224
6.4.3 基於變形孿生的本構模型 228
6.5 晶體塑性有限元均勻化問題 230
6.5.1 晶體織構的統計學描述 232
6.5.2 計算均勻化法 234
6.5.3 平均場均勻化法 235
6.5.4 晶粒團簇法 235
6.6 晶體塑性有限元模擬套用案例 242
6.6.1 鎳鈦形狀記憶合金單向壓縮晶體塑性有限元模擬 242
6.6.2 鎳鈦形狀記憶合金包套壓縮晶體塑性有限元模擬 251
6.6.3 其他晶體塑性有限元模擬案例概述 259
參考文獻 263
第7章 金屬塑性變形動態再結晶元胞自動機模擬 266
7.1 金屬塑性變形動態再結晶理論基礎 266
7.1.1 動態再結晶基本定義與分類 266
7.1.2 動態再結晶基本特徵 267
7.1.3 動態再結晶基本機制 270
7.2 元胞自動機模擬理論基礎 271
7.2.1 元胞自動機的基本思想 271
7.2.2 元胞自動機模擬系統的基本組成 273
7.2.3 元胞自動機的基本特徵 278
7.3 動態再結晶元胞自動機模擬的物理基礎 278
7.3.1 位錯密度演變模型 278
7.3.2 形核率模型 280
7.3.3 晶粒長大動力學模型 281
7.4 動態再結晶元胞自動機模擬套用案例 282
7.4.1 元胞自動機模擬參數的確定 282
7.4.2 元胞自動機模型的建立 284
7.4.3 動態再結晶組織演變模擬 287
7.4.4 動態再結晶位錯密度演變模擬 288
7.4.5 流動應力的預測 292
7.4.6 動態再結晶晶粒尺寸的預測 292
參考文獻 295
第8章 金屬塑性變形離散位錯動力學模擬 297
8.1 位錯的起源與增殖 297
8.1.1 位錯起源 297
8.1.2 位錯增殖 300
8.2 位錯力學理論基礎 304
8.2.1 位錯應力場 304
8.2.2 Peierls-Nabarro力 310
8.2.3 作用在位錯上的力 313
8.2.4 位錯線張力 316
8.2.5 位錯之間的作用力 317
8.2.6 鏡像力 321
8.3 離散位錯動力學方法 323
8.3.1 位錯線的離散化 324
8.3.2 力的計算 327
8.3.3 位錯的運動定律與時間積分 329
8.3.4 位錯接觸與位錯反應 331
8.3.5 位錯交滑移發生的機率 336
8.3.6 邊界條件 336
8.4 離散位錯動力學模擬套用案例簡述 338
參考文獻 342
第9章 金屬塑性變形分子動力學模擬 345
9.1 金屬塑性變形分子動力學模擬理論基礎 345
9.1.1 基本原理 345
9.1.2 運動方程 345
9.1.3 運動方程求解方法 346
9.1.4 力場 350
9.1.5 系綜 352
9.1.6 邊界條件 355
9.1.7 晶體結構與缺陷分析方法 357
9.2 金屬塑性變形分子動力學模擬過程 360
9.3 金屬塑性變形分子動力學模擬套用案例 361
9.3.1 孿晶界處孔隙擴展的分子動力學模擬 361
9.3.2 孔隙擴展與合併的分子動力學模擬 367
9.3.3 孔隙收縮的分子動力學模擬 375
9.3.4 織構材料塑性各向異性的分子動力學模擬 380
參考文獻 386
第10章 金屬塑性變形第一性原理模擬 388
10.1 金屬電子結構理論基礎 388
10.1.1 金屬原子的基本結構 388
10.1.2 金屬電子的波粒二象性 388
10.1.3 金屬電子的量子態 389
10.1.4 金屬電子的波函式 392
10.1.5 金屬自由電子的SchrMinger方程 393
10.1.6 金屬晶體的倒易空間 394
10.1.7 布里淵區 395
10.1.8 金屬電子的態密度 400
10.1.9 金屬電子的能帶 402
10.2 第一性原理模擬理論基礎 403
10.2.1 金屬多粒子體系的SchrMinger方程 403
10.2.2 Born-Oppenheimer近似 404
10.2.3 Hartree-Fock方程 405
10.2.4 Hohenberg-Kohn定理 407
10.2.5 Khon-Sham方程 409
10.2.6 交換關聯泛函 412
10.3 Khon-Sham方程的求解方法 412
10.3.1 平面波展開及截斷能 412
10.3.2 贗勢平面波法 413
10.3.3 綴加平面波法 416
10.3.4 線性綴加平面波法 417
10.3.5 投影綴加平面波法 418
10.4 金屬塑性變形第一性原理模
