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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