材料工程基礎要覽

第1篇 材料科學與工程概論
第1章 材料科學與工程的提出與內涵
1 材料是人類社會進步的里程碑
2 材料科學的形成與內涵
3 先進材料是社會現(xiàn)代化的先導
3.1 電子技術的發(fā)展
3.2 光纖通信的誕生
3.3 航空航天技術的進步
4 傳統(tǒng)材料(基礎材料)在國民經(jīng)濟中的地位與可持續(xù)發(fā)展
5 材料科學技術發(fā)展的重點
5.1 材料制備工藝與技術的開發(fā)
5.2 材料的應用研究與開發(fā)
5.3 開發(fā)先進材料，發(fā)展高技術產(chǎn)業(yè)
5.4 材料設計
5.5 科學儀器與檢測裝置
第2章 材料科學基礎
1 材料的結構
1.1 原子的鍵合
1.2 晶態(tài)、非晶態(tài)及其他
1.3 晶體缺陷
1.4 聚合物的典型結構
2 材料的相變
2.1 相變熱力學簡介
2.2 凝固與熔化
2.3 固體中的擴散
2.4 固態(tài)相變
3 材料的力學性質
3.1 彈性
3.2 屈服與范性
3.3 斷裂
3.4 高聚物的黏性流變
4 材料的其他物理性質
4.1 基本概念
4.2 材料的導電性
4.3 材料的磁性
4.4 介電性與鐵電性
第3章 基礎材料與新材料的現(xiàn)狀與發(fā)展
1 概述
2 鋼鐵材料
2.1 分類概況
2.2 產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
2.3 發(fā)展趨勢
3 有色金屬材料
3.1 分類概況
3.2 產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
3.3 發(fā)展趨勢
4 化工材料
4.1 分類概況
4.2 產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
4.3 發(fā)展趨勢
5 建筑材料
5.2 產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
5.3 發(fā)展趨勢
6 電子信息材料
6.1 分類概況
6.2 產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
6.3 發(fā)展趨勢
7 航空航天材料
7.1 歷程與成就
7.2 航空材料
7.3 航天材料
7.4 航空航天關鍵功能材料
8 先進陶瓷材料
8.1 結構陶瓷
8.2 功能陶瓷
8.3 生物陶瓷
8.4 先進陶瓷產(chǎn)業(yè)及發(fā)展趨勢
9 先進復合材料
9.1 結構復合材料
9.2 功能復合材料
9.3 先進復合材料發(fā)展趨勢
10 新能源材料
10.1 新型二次電池材料
10.2 燃料電池材料
10.3 太陽電池材料
10.4 核能材料
11 超導材料
11.1 實用NbTi合金超導材料
11.2 實用Nbsn超導材料
11.3 高溫氧化物超導材料
11.4 MgB2超導材料
11.5 超導材料的應用
12 納米材料
12.1 納米材料的基本構成和特性
12.2 納米材料研究發(fā)展的主要方向和內容
12.3 納米材料的應用和發(fā)展
13 生物醫(yī)用材料.
13.1 生物醫(yī)用材料的基本特性
13.2 生物醫(yī)用材料的分類
13.3 生物醫(yī)用材料的評價試驗和應用發(fā)展
14 生態(tài)環(huán)境材料
14.1 生態(tài)環(huán)境材料的基本概念
14.2 生態(tài)環(huán)境材料研究發(fā)展的主要方向和內容
14.3 生態(tài)環(huán)境材料的研發(fā)趨勢及應用
第4章 材料與機械制造
1 材料在機械制造中的重要性和地位
2 機械設計過程中選材的幾點考慮
3 在機械設計選材過程中容易出現(xiàn)的幾個誤區(qū)
4 案例分析
參考文獻
第2篇 材料成形基礎理論
第1章 材料成形的冶金學原理
1 材料成形中的流體流動
1.1 基本概念
1.2 基本方程
1.3 流動阻力
1.4 特殊流體流動
2 材料成形中的熱量傳輸原理
2.1 基本概念
2.2 導熱
2.3 對流換熱
2.4 輻射換熱
3 材料成形中的質量傳輸原理
3.1 基本概念和傳質微分方程
3.2 分子傳質
3.3 對流傳質
4 氣體-液體-固體之間的界面熱力學
4.1 界面能
4.2 界面的吸附現(xiàn)象
4.3 液體對固體的潤濕性
4.4 材料工程與潤濕
5 燃燒反應的熱力學及動力學
5.1 燃料的著火
5.2 氣體燃料的燃燒
5.3 液體燃料的燃燒
5.4 固體燃料的燃燒
5.5 燃燒計算
6 熔液、熔渣與熔劑的性質
6.1 溶液的活度
6.2 熔渣的性質
6.3 熔劑的性質
7 氧化還原反應原理
7.1 氧化反應的氧位圖
7.2 氧化還原熱力學條件
7.3 幾種典型的氧化還原反應
第2章 材料成形分析的力學基礎
1 連續(xù)介質力學的基本概念
2 張量分析基礎
2.1 張量的基本概念
2.2 張量的定義與約定求和法
2.3 張量代數(shù)
2.4 張量的梯度、散度和奧高公式
2.5 各向同性張量
2.6 二階張量
3 運動與變形
3.1 變形幾何學
3.2 運動學
4 應力
4.1 體力和面力
4.2 柯西應力張量
4.3 其他應力張量
4.4 應力速率
5 基本方程和原理
5.1 基本方程
5.2 邊值問題與初值問題
5.3 虛功原理與虛功率原理
第3章 液態(tài)金屬的凝固原理
1 液態(tài)金屬的結構及特性
1.1 液態(tài)金屬的結構
1.2 液態(tài)金屬的主要特性
2 金屬材料的凝固生核與長大
2.1 材料凝固過程中的均質形核和非均質形核
2.2 固-液界面結構
2.3 凝固晶粒的長大方式
3 液態(tài)金屬凝固過程中的傳熱
3.1 液態(tài)金屬凝固過程中的傳熱特點
3.2 非金屬型鑄造時(如砂型)的凝固傳熱
3.3 以界面熱阻為主(如金屬型鑄造)的凝固傳熱
4 液態(tài)金屬凝固過程中的溶質分配
4.1 單相合金的平衡凝固
4.2 溶質在固相中不擴散，在液相中充分擴散的凝固
4.3 溶質在固相不擴散，在液柑中有限擴散而無對流的凝固
4.4 固相中無擴散，液相中有限擴散但有對流的凝固
5 金屬凝固過程中的“成分過冷”現(xiàn)象及胞晶形態(tài)
5.1 “成分過冷”現(xiàn)象及界面生長穩(wěn)定性判據(jù)
5.2 “成分過冷”對組織形成的影響
5.3 細胞晶間的溶質分配
5.4 枝晶臂間距
6 共晶凝固及包晶凝固
6.1 共晶組織分類
6.2 非平衡狀態(tài)的共晶凝固
6.3 金屬.金屬共晶凝固
6.4 金屬-非金屬共晶凝固
6.5 包晶凝固
7 定向凝固和快速凝固
7.1 定向凝固
7.2 快速凝固
第4章 液態(tài)材料流動問題的分析方法
1 流體的連續(xù)介質假設
2 影響流動特性的基本因素
2.1 材料的物理屬性
2.2 流動空間的幾何特征
2.3 流體運動的動力學條件
3 研究流動問題的基本途徑
3.1 總體衡算法
3.2 微元體衡算法
3.3 實驗觀測法
4 邊界層理論
4.1 邊界層概念
4.2 邊界層計算
5 相似理論與量綱分析
5.1 流體力學的相似條件
5.2 黏性流體流動的力學相似準數(shù)
5.3 決定性相似準數(shù)
5.4 量綱分析方法
第5章 固體材料的本構關系
1 概述
1.1 固體材料本構關系的一般原理
1.2 塑性成形分析中材料的變形和本構關系的選取
2 彈性本構方程
2.1 線彈性本構方程
2.2 超彈性本構方程
3 彈塑性本構方程
3.1 概述
3.2 屈服準則
3.3 流動法則
3.4 強化規(guī)律
3.5 常用的塑性本構關系
3.6 彈塑性問題
3.7 熱彈塑性問題
4 黏塑性本構方程
4.1 一維黏塑性模型
4.2 一般應力狀態(tài)下的黏塑性本構方程.
4.3 常用的黏塑性模型
4.4 蠕變問題
5 塑性細觀力學本構關系
5.1 塑性細觀力學的基本概念
5.2 晶體塑性本構方程
5.3 細觀損傷理論
5.4 應變梯度塑性理論
第6章 金屬塑性成形中的摩擦
1 金屬塑性成形中的摩擦概論
1.1 摩擦對金屬塑性加工的影響
1.2 金屬塑性加工時摩擦的特點
1.3 目前計算摩擦應力的二個常用公式
2 塑性成形中摩擦的分類及機理
2.1 塑性成形中摩擦的分類
2.2 摩擦機理
3 影響摩擦因數(shù)的主要因素
3.1 金屬的種類和化學成分
3.2 模具的表面狀態(tài)
3.3 接觸面上的單位壓力
3.4 變形溫度
3.5 變形速度
4 塑性成形中的潤滑
4.1 塑性成形中對潤滑劑的要求
4.2 塑性成形中常用的潤滑劑
4.3 潤滑劑中的添加劑
4.4 塑性成形時的潤滑方法
5 不同塑性成形條件下的摩擦因數(shù)
第7章 金屬塑性成形分析的近似解析法
1 主應力法及其應用
1.1 主應力法的基本思想
1.2 主應力法的應用舉例
2 塑性成形問題的滑移線解法
2.1 平面應變的特性
2.2 滑移線的定義
2.3 滑移線場的基本方程
2.4 滑移線場的特征
2.5 常見滑移線的類型
2.6 應用實例
3 求解塑性成形問題的上限法
3.1 虛功率原理的新形式
3.2 間斷概念、動可容速度場
3.3 應力間斷
3.4 速度間斷
3.5 上限法基本方程
3.6 應用實例
參考文獻
第3篇 材料成形數(shù)值模擬
第1章 有限差分法
1 糞公陌擁乃逼近誤差
1.1 差分原理
1.2 逼近誤差
2 差分方程、截斷誤差和相容性
3 收斂性與穩(wěn)定性
3.1 收斂性
3.2 穩(wěn)定性
4 Im等價定理
第2章 彈性問題有限元基本方法
1 彈性問題有限元方法的一般過程
1.1 離散化過程
1.2 單元平衡方程組裝過程
1.3 約束處理過程
1.4 方程組求解過程
1.5 應變、應力回代過程
2 常用單元模型
2.1 單元模型分類
2.2 單元模型構造
2.3 等參單元
3 線彈性問題幾何方程
3.1 三維問題
3.2 二維問題
4 線彈性問題本構方程
4.1 三維問題
4.2 二維問題
5 單元平衡方程列式
5.1 三角形單元
5.2 四邊形單元
5.3 空間單元
6 數(shù)值積分
6.1 Ham111er積分
6.2 Gauss積分
6.3 數(shù)值積分的階次選擇
第3章 板料成形數(shù)值模擬方法
1 板殼單元
1.1 薄膜單元
1.2 薄殼單元
1.3 中厚殼單元
1.4 等效彎曲單元
2 本構方程
2.1 入流動理論
2.2 人隨動強化理論
2.3 各向異性理論
3 各向異性屈服函數(shù)
3.1 Hi11正交各向異性函數(shù)
3.2 Bar1at-Lian屈服函數(shù)
3.3 Bar1at六參量正交各向異性屈服函數(shù)
4 工藝條件約束處理
4.1 罰函數(shù)法
4.2 防御節(jié)點法
4.3 摩擦力的計算
4.4 板料沖壓成形界面滑動約束處理
5 接觸搜索判斷
5.1 工具形狀的定義
5.2 接觸判斷
6 板料成形有限元方法
6.1 非線性方程組迭代解法
6.2 板料成形全量拉格朗日(TL)有限元方法
6.3 板料成形修正拉格朗日((L)有限元方法
6.4 板料成形虛功率增量型有限元方法
6.5 板料成形數(shù)值模擬算例
7 板料成形顯式有限元方法
7.1 動力分析的虛功(率)方程
7.2 動力顯式積分算法有限元方程
7.3 顯式時間積分的中心差分算法
7.4 臨界時間步長的確定
8 板料成形有限元逆算法
8.1 有限元逆算法基本理論
8.2 初始場猜測
8.3 逆算法算例
第4章 體積成形數(shù)值模擬方法
1 剛塑性有限元法
1.1 概述
1.2 剛塑性變分原理
1.3 剛塑性有限元列式
1.4 剛黏塑性有限元法
1.5 體積成形過程關鍵技術
1.6 計算實例
2 彈塑性有限元法
2.1 小變形彈塑性有限元法
2.2 有限應變彈塑性有限元分析
2.3 有限元反向模擬
3 無網(wǎng)格法
3.1 概述
3.2 無網(wǎng)格法基本原理
3.3 有限元與無網(wǎng)格耦合
3.4 計算實例
第5章 鑄造成形數(shù)值模擬方法
1 鑄造凝固過程溫度場數(shù)值模擬
1.1 概述
1.2 數(shù)學模型
1.3 基于有限差分方法的離散
1.4 初始條件與邊界條件
1.5 潛熱處理
1.6 溫度場數(shù)值模擬流程圖
2 鑄造充型過程數(shù)值模擬
2.1 概述
2.2 數(shù)學模型
2.3 數(shù)學模型的離散
2.4 SOLA-VOF方法
2.5 初始條件與邊界條件
2.6 數(shù)值穩(wěn)定性條件
2.7 流動與傳熱耦合計算
2.8 流動場數(shù)值模擬流程圖
第6章 塑料注射成形數(shù)值模擬方法
1 注射成形CAE概述
1.1 注射成形CAE的概念
1.2 注射成形CAE的發(fā)展概況
1.3 注射成形CAE的發(fā)展趨勢
2 充模過程模擬
2.1 充模過程的數(shù)學描述
2.2 壓力場的計算
2.3 熔體流動前沿位置的確定
2.4 溫度場數(shù)值求解
2.5 數(shù)值計算過程
3 保壓過程模擬
3.1 保壓模擬的重要性
3.2 保壓過程的數(shù)學模型
3.3 塑料熔體的特性模型
3.4 保壓模擬數(shù)值計算過程
4 冷卻過程模擬
4.1 一維冷卻分析
4.2 二維冷卻分析
4.3 三維冷卻分析
5 應力分析
5.1 基本假設
5.2 保壓過程中的內應力模型
5.3 冷卻過程中的內應力模型
6 翹曲變形計算
6.1 翹曲變形計算的基本原理
6.2 線性翹曲變形有限元分析的數(shù)學模型
6.3 幾何非線性翹曲變形有限元分析的數(shù)學模型
7 注射成形模擬技術新進展
7.1 傳統(tǒng)CAE軟件的局限性
7.2 理論與實現(xiàn)
7.3 軟件介紹
第7章 常用材料成形軟件簡介
1 沖壓成形模擬軟件
1.1 FASTAMP軟件
1.2 DYNAFORM軟件
1.3 AU70FORM軟件
2 體積成形模擬軟件
2.1 概述
2.2 DEFORM軟件
2.3 Marc／AutoForge軟件
3 鑄造成形模擬軟件
3.1 使用范圍
3.2 分析內容
3.3 缺陷預測
3.4 軟件特點
3.5 軟件功能
3.6 華鑄CAE應用實例
4 塑料注射成形模擬軟件
4.1 常用軟件簡介
4.2 注射成形CAE分析結果的指導意義
4.3 應用實例
參考文獻
第4篇 材料成形優(yōu)化設計方法
第1章 概論
1 材料成形優(yōu)化設計方法在現(xiàn)代制造業(yè)中的地位和作用
2 材料成形優(yōu)化設計方法概述
2.1 金屬體積塑性成形優(yōu)化設計方法
2.2 金屬板料沖壓成形優(yōu)化設計方法
2.3 注塑成形優(yōu)化設計方法
2.4 鑄造成形優(yōu)化設計方法
2.5 焊接成形優(yōu)化設計方法
3.21 世紀材料成形優(yōu)化設計方法發(fā)展展望
第2章 工程優(yōu)化設計方法
1 工程優(yōu)化設計的數(shù)學模型
2 工程優(yōu)化問題的迭代算法
3 無約束優(yōu)化方法
3.1 一維搜索方法
3.2 梯度法
3.3 牛頓法
3.4 變尺度法
第5篇 材料失效分析
第6篇 材料強度設計