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出版者:Springer Verlag

作者:Goldak, John A./ Akhlaghi, Mehdi

出品人:

页数:336

译者:

出版时间:2005-6

价格:$ 224.87

装帧:HRD

isbn号码:9780387232874

丛书系列:

图书标签:

Welding
Computational Mechanics
Finite Element Analysis
Welding Metallurgy
Numerical Simulation
Heat Transfer
Solid Mechanics
Materials Science
Manufacturing Processes
Structural Integrity

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具体描述

Computational Welding Mechanics (CWM) provides readers with a complete introduction to the principles and applications of computational welding including coverage of the methods engineers and designers are using in computational welding mechanics to predict distortion and residual stress in welded structures, thereby creating safer, more reliable and lower cost structures. Drawing upon years of practical experience and the study of computational welding mechanics the authors instruct the reader how to: - understand and interpret computer simulation and virtual welding techniques including an in depth analysis of heat flow during welding, microstructure evolution and distortion analysis and fracture of welded structures, - relate CWM to the processes of design, build, inspect, regulate, operate and maintain welded structures, - apply computational welding mechanics to industries such as ship building, natural gas and automobile manufacturing. Ideally suited for practicing engineers and engineering students, Computational Welding Mechanics is a must-have book for understanding welded structures and recent technological advances in welding, and it provides a unified summary of recent research results contributed by other researchers.

《现代材料加工工艺与数值模拟：从宏观到微观的结构演变》本书简介本书旨在系统阐述现代金属材料加工过程中的核心科学原理、先进工艺技术及其与材料微观结构和宏观性能之间的复杂关联。内容侧重于材料在不同应力状态下（如塑性变形、热处理、连接等）的本构行为、损伤演化机制，以及如何通过先进的数值模拟工具（如有限元法、离散元法等）对这些过程进行精确预测和优化。第一部分：材料本构关系与本构模型本部分深入探讨了工程结构材料（特别是金属合金）在加工过程中经历的复杂应力-应变状态。材料的本构关系是连接外部载荷和内部响应的桥梁，其准确性直接决定了数值模拟的可靠性。第一章：金属材料的本构行为基础详细讨论了弹性、粘塑性和粘弹性本构理论在金属加工中的应用。重点分析了高应变率（如锻造、冲击载荷）和高温条件（如热成形）下材料的动态响应特性。引入了流变应力模型，包括经典的Johnson-Cook模型、Voce模型以及考虑退火和回复效应的粘塑性模型。第二章：先进材料的各向异性与晶体塑性针对轧制、拉伸等导致显著微观结构演变的加工过程，深入剖析了材料的塑性各向异性。系统介绍了Hill'48、Barlat'89以及更现代的Yld2000-2d等应力微分模型。此外，本书还引入了晶体塑性有限元（CPFEM）的基础理论，用以揭示晶粒尺度上的滑移机制如何宏观地转化为整体的塑性行为和织构演化。第三章：材料损伤、断裂与疲劳预测加工过程往往伴随着材料损伤的累积，最终可能导致早期失效。本章详细阐述了宏观损伤力学框架，包括内聚力模型（Cohesive Zone Model, CZM）在界面和裂纹扩展模拟中的应用。同时，讨论了基于等效塑性应变或能量释放率的断裂准则，并结合了微观孔隙形核与聚合的Gurson-Tvergaard-Needleman (GTN) 模型，用以预测材料在复杂载荷组合下的失效行为。第二部分：先进材料成形与连接工艺本部分将理论模型应用于实际的工程制造过程，重点关注如何通过控制工艺参数来调控材料的微观结构和最终性能。第四章：塑性成形中的热-力-冶金耦合详细分析了热成形（如热冲压、热挤压）过程中热量传递、温度场分布与塑性变形的强耦合作用。重点讨论了相变诱导的塑性效应（TRIP/TWIP效应）在先进高强钢中的应用，以及如何利用有限元模拟预测相变驱动下的残余应力分布。第五章：精密塑性加工与表面完整性探讨了精密轧制、深拉伸等工艺中对尺寸精度和表面质量的要求。分析了工具与工件之间的摩擦磨损机制，并介绍了润滑剂在降低表面缺陷（如起皱、拉痕）中的作用。引入了应变梯度塑性理论，以更好地描述材料在小尺度（如薄板加工）下的尺寸效应。第六章：连接技术——固态连接与熔焊基础本书将连接视为一种特殊的材料加工过程。在固态连接方面，深入讨论了搅拌摩擦焊（FSW）中的材料流动机制、界面扩散与再结晶过程。在熔焊方面，分析了电弧、激光等热源对熔池的传热规律、凝固收缩引起的残余应力，以及热影响区（HAZ）的微观结构敏感性。重点介绍了如何利用CFD（计算流体力学）方法模拟熔池的流动行为。第三部分：数值模拟方法与工业应用本部分着重于将前述的本构理论和工艺知识转化为可操作的数值模拟流程，并展示其在工业优化中的潜力。第七章：多尺度模拟方法论阐述了材料行为研究的多尺度视角。从第一性原理（DFT）计算微观结合能、到分子动力学（MD）模拟位错运动，再到介观尺度的相场（Phase Field）模型描述晶界迁移和裂纹萌生。强调了如何将这些微观信息映射到宏观的有限元模型中，实现多尺度协同分析。第八章：过程模拟的求解器技术与效率对有限元（FEM）和离散元（DEM）方法在材料加工模拟中的选择和应用进行了比较。详细介绍了隐式和显式积分方案在处理非线性（如大变形、接触）问题时的优缺点。针对高精度模拟中的计算效率问题，探讨了自适应网格加密技术（Adaptive Mesh Refinement, AMR）和并行计算策略。第九章：数字化制造与工艺优化将模拟工具与工业4.0的概念相结合。讨论了如何利用正向模拟（Forward Simulation）的结果来建立材料性能数据库，并反向应用于工艺设计。重点介绍了优化算法（如遗传算法、响应面法）在寻找最优成形路径或焊接参数组合中的应用，以实现性能最大化和成本最小化。结语本书面向材料科学、机械工程、航空航天等领域的科研人员、高级工程师及研究生。它不仅提供了一套严谨的理论框架，更着力于展示如何利用现代计算工具，深入理解和控制材料在复杂加工环境下的性能演变，推动先进制造技术的进步。 --- 字数统计：约1550字。