JMatPro軟件介紹.ppt

AUniqueSoftwareforMaterialsPropertiesSimulation獨(dú)一無二的金屬材料相圖計(jì)算與材料性能模擬軟件,上海中仿信息科技有限公司,JMatProJava-basedMaterialsProperties,JMatPro介紹及應(yīng)用實(shí)例,一、軟件簡介二、軟件功能三、計(jì)算原理與準(zhǔn)確性討論四、軟件應(yīng)用范圍、特點(diǎn)與發(fā)展展望,一、軟件介紹,1、什么是JMatProJMatPro是一套功能強(qiáng)大的金屬材料相圖計(jì)算與材料性能模擬軟件。被廣泛用于航空航天、船舶制造、機(jī)械制造等行業(yè)中。JMatPro可用來計(jì)算金屬材料的多種性能。它是一個(gè)基于材料類型的軟件，不同的材料類型有不同的模塊。材料類型包括鎳基超合金、鋁合金、鎂合金、鈦合金、鋼鐵(不銹鋼、高強(qiáng)低合金鋼、鑄鐵)以及鋯合金等。,材料類型：鋁合金鎂合金鋼鐵(鑄鐵、通用鋼、不銹鋼)鎳基超合金鎳鐵基超合金單晶鈦合金鋯合金,ThermotechLtd.AndSenteSoftwareLtd,ThermotechLtd.wasstartedin1990and,fromtheoutset,hasbeeninvolvedwithcomputermodellingofcomplexmaterialsusedbyIndustry.Centeredinitiallyontheproductionofthermodynamicdatabasesforthepredictionofequilibriumandnon-equilibriumstructures,worknowinprogressisaimedatdevelopingthecapabilitytopredictawiderangeofphysicalandmechanicalpropertiesforcomplexalloys.ThisworkhasledtothedevelopmentofanewsoftwareproductJMatPro,thedevelopmentofwhichhasbeenfundedbyaninternationalconsortiumofcompaniesandinstitutions.英國ThermotechLtd成立于1990年，公司成立之初便開始致力于復(fù)雜工業(yè)材料的計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算。公司成立初期的核心業(yè)務(wù)是開發(fā)預(yù)測平衡與非平衡材料組織的熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫。經(jīng)過十幾年的發(fā)展，公司現(xiàn)在的研究重心已轉(zhuǎn)換為開發(fā)復(fù)雜合金的物理性能與機(jī)械性能的模擬計(jì)算。所有的研究結(jié)果現(xiàn)在是通過JMatPro軟件的開發(fā)來得以運(yùn)用，而且JMatPro的研發(fā)已經(jīng)獲得了國際公司及協(xié)會組織的資金支持。,ThermotechLtd.AndSenteSoftwareLtd,SenteSoftwareLtd.isasistercompanytoThermotechandwascreatedin2001totakeresponsibilityforthelongtermcommercialdevelopmentofJMatPro.ItnowleadsthedevelopmentofthenewscientificcapabilitiesinJMatProalongsidewiththedevelopmentofitspowerfulgraphicaluserinterface.SenteSoftware公司是Thermotech的姊妹公司，成立于2001年，專門負(fù)責(zé)JMatPro的商業(yè)化運(yùn)行?，F(xiàn)在公司通過發(fā)展其強(qiáng)大的界面繪圖功能增加了JMatPro科學(xué)繪圖能力。獲取更多介紹：www.sentesoftware.co.uk,DevelopmentofJMatProsupportedbyaConsortiumof14Companies支持JMatPro軟件發(fā)展的資金來自于下面14個(gè)公司,AlstomTechnologyLtd.,Baden-Dttwil,Switzerland,CorusLtd.,TeessideTechnologyCentre,U.K.CarpenterTechnologyCorp.,ReadingPA,U.S.A.DERA,Farnborough,U.K.GEAircraftEngines,CincinnatiOH,U.S.A.HowmetCorporation,WhitehallMI,U.S.A.KAPLinc.,SchenectadyNY,U.S.A.OakRidgeNationalLaboratory,OakRidgeTN,U.S.A.Rolls-Royceplc.,Derby,U.K.SandiaNationalLaboratory,AlberquerqueNM,U.S.A.SiemensWestinghousePowerCorporation,OrlandoFL,U.S.A.SpecialMetalsCorporation,HuntingtonWV,U.S.A.U.E.S.SoftwareInc.,AnnapolisMD,U.S.A.UnitedTechnologiesResearchCenter,EastHartfordCT,U.S.A.,上海中仿信息科技有限公司,中仿科技是專業(yè)從事信息化軟件以及咨詢服務(wù)的提供商，業(yè)務(wù)包括工程咨詢服務(wù)以及企業(yè)信息化軟件的集成和實(shí)施。其領(lǐng)域服務(wù)涉及教學(xué)科研、機(jī)械工業(yè)、土木工程、材料科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、航空航天、汽車、電子產(chǎn)品、虛擬儀器等多個(gè)行業(yè)。中仿科技是JMatPro大中華地區(qū)(包括香港、澳門、臺灣)獨(dú)家代理商，負(fù)責(zé)JMatPro中國地區(qū)的技術(shù)支持、市場銷售活動(dòng)及培訓(xùn)服務(wù)。公司目前代理的材料及材料加工相關(guān)軟件有：JMatPro、Dynaform、Deform、Fastform等。公司網(wǎng)址：www.CnT仿真科技論壇：,穩(wěn)態(tài)和亞穩(wěn)態(tài)的相平衡計(jì)算凝固性能計(jì)算用于鑄造模擬熱物理及物理性能計(jì)算機(jī)械性能計(jì)算相轉(zhuǎn)變金屬熱處理設(shè)計(jì),二、軟件功能,計(jì)算功能：,1、穩(wěn)態(tài)和亞穩(wěn)態(tài)的相平衡計(jì)算,隨溫度變化的相平衡計(jì)算隨成分變化的相平衡計(jì)算總括計(jì)算（成分變化）簡單計(jì)算（固定溫度和成分）亞穩(wěn)相計(jì)算（鋁合金模塊）熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果信息：隨溫度變化的相分布圖、隨成分變化的相分布圖、單相分布、元素在各相中的分布、固定溫度相分布、吉布斯自由能、熵、焓、粒子活性、熱容等。,1.1隨溫度變化的相圖計(jì)算,1.1.1單相元素組成,1.1.2元素在各相中的分布,1.1.3固定溫度下的相組成,1.1.4各元素平均自由能,1.1.5粒子活性（活度）,1.1.6熱容,1.1.7焓,1.1.7吉布斯自由能,1.1.8熵,600時(shí)3310隨Cr含量變化的相圖,1.2隨成分變化的相圖計(jì)算,1.3鋁合金亞穩(wěn)態(tài)相圖計(jì)算,1.3.1GP相,2、凝固性能計(jì)算用于鑄造模擬,隨溫度變化的：固相分?jǐn)?shù)、液相分?jǐn)?shù)、密度、摩爾體積、體積變化、熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱率、電阻率、導(dǎo)電率、楊氏模量、體積模量、剪切模量、泊松比、液體粘性、液體擴(kuò)散系數(shù)、焓、比熱、潛熱等。,2.1凝固模擬實(shí)例（3104鋁合金）,2.1.1固相分?jǐn)?shù),2.1.2液相分?jǐn)?shù),2.1.3摩爾體積,2.1.4體積變化,2.1.5熱膨脹系數(shù),2.1.6導(dǎo)熱率,2.1.7電阻率,2.1.8導(dǎo)電率,2.1.9楊氏模量,2.1.10體積模量,2.1.11剪切模量,2.1.12泊松比,2.1.13液體粘性,2.1.14液體擴(kuò)散性,2.1.15焓,2.1.16比熱,2.1.17潛熱,3、熱物理及物理性能計(jì)算,熱物理及物理性能計(jì)算以熱力學(xué)性能中的相圖為基礎(chǔ)。輸出信息包括：隨溫度或成分變化的相分布、密度、摩爾體積、熱膨脹系數(shù)、線性膨脹、導(dǎo)熱率、電阻率、導(dǎo)電率、楊氏模量、體積模量、剪切模量、泊松比、液體粘性、液體擴(kuò)散性、焓、比熱Gamma/Gamma失配：點(diǎn)陣參數(shù)、晶格錯(cuò)配曲線（鎳基超合金、鎳鐵基超合金、單晶）堆垛層錯(cuò)能（通用鋼、不銹鋼、鎳基超合金、鎳鐵基超合金、單晶）,普通性能計(jì)算擴(kuò)充性能計(jì)算動(dòng)力學(xué)相模擬Gamma/Gamma失配堆垛層錯(cuò)能計(jì)算,3.1普通性能計(jì)算,3.2擴(kuò)充性能計(jì)算,3.2.1線性膨脹,3.3動(dòng)力學(xué)相模擬計(jì)算,3.4Gamma/Gamma錯(cuò)配晶格常數(shù),3.4Gamma/Gamma錯(cuò)配晶格失配,3.5堆垛層錯(cuò)能計(jì)算,4、機(jī)械性能計(jì)算,輸出圖表信息包括：硬度、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度隨晶粒尺寸變化曲線，高溫強(qiáng)度隨溫度變化曲線蠕變曲線、斷裂壽命曲線應(yīng)力-應(yīng)變曲線（真應(yīng)力、工程應(yīng)力）,不銹鋼、鎳基合金可計(jì)算的性能包括：強(qiáng)度與硬度、高溫強(qiáng)度、蠕變通用鋼可計(jì)算的性能包括：端淬性、高溫強(qiáng)度鈦合金金可計(jì)算的性能包括：強(qiáng)度與硬度、高溫強(qiáng)度,4.1強(qiáng)度與硬度,4.2應(yīng)力-應(yīng)變曲線,4.3高溫強(qiáng)度,4.3.1高溫狀態(tài)下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線,4.4蠕變計(jì)算,4.5端淬性,5、相轉(zhuǎn)變金屬熱處理設(shè)計(jì),TTT、CCT曲線（鋁合金、鐵合金、鎳基合金、鈦合金）等溫轉(zhuǎn)變（鋁合金）能量轉(zhuǎn)變（鐵合金、鈦合金）淬火性能（通用鋼）馬氏體轉(zhuǎn)變（不銹鋼）晶粒長大（鎳基合金）連續(xù)冷卻模擬（鈦合金）,5.1TTT曲線,5.2CCT曲線,5.3鋁合金等溫轉(zhuǎn)變曲線,5.4.1鐵合金能量轉(zhuǎn)變,5.4.2鈦合金能量轉(zhuǎn)變,5.5通用鋼淬火性能（3310）,5.5.1屈服強(qiáng)度,5.5.2抗拉強(qiáng)度,5.5.3硬度,5.5.4淬火過程中相轉(zhuǎn)變,5.6馬氏體轉(zhuǎn)變（不銹鋼430F）,5.7晶粒長大（鎳基合金）,5.8連續(xù)冷卻模擬（鈦合金）,6、不銹鋼抗孔蝕性,7、實(shí)用功能（Utilities）,7.1轉(zhuǎn)換工具,7.2馬氏體轉(zhuǎn)變與硬度,7.3應(yīng)力-應(yīng)變曲線,8、各種合金模塊可計(jì)算性能,8.1鋁合金可計(jì)算的性能,8.2鎂合金可計(jì)算的性能,8.3鑄鐵可計(jì)算的性能,8.4通用鋼可計(jì)算的性能,8.5不銹鋼可計(jì)算的性能,8.6鎳基、鎳鐵基合金可計(jì)算的性能,8.7單晶可計(jì)算的性能,8.8鋯合金可計(jì)算的性能,三、計(jì)算原理與準(zhǔn)確性討論,動(dòng)態(tài)物理模型的建立強(qiáng)大的金屬材料數(shù)據(jù)庫廣泛且經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的計(jì)算結(jié)果,Modellingpropertiesandbehaviour:JMatPro材料性能模擬：JMatPro,3.1ThermodynamicCalculations:Background熱動(dòng)力學(xué)計(jì)算原理,BasicequationfortheGibbsEnergyofamulti-componentSolutionPhase多元合金固溶相吉布斯自由能基本方程,Gibbsenergyofpurecomponents純組元的吉布斯自由能,Idealentropy理想狀態(tài)下的焓,Interactionterms(Basedonpairwiseinteractions)相互作用項(xiàng)（基于兩兩之間相互作用）,3.2PhaseTransformationKinetics:Model相轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)模型:(用于鋼的),GeneralEquationforTTTcalculationisafterKirkaldyetal.(TTT計(jì)算的一般方程：Kirkaldyetal.),=2(G-1)/2,isanempiricalcoefficient,GistheASTMgrainsize,Disaneffectivediffusioncoefficient,Tistheundercooling,qisanexponent,dependentontheeffectivediffusionmechanismandxisthefractiontransformed.(=2(G-1)/2,是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，G是晶粒尺寸，D是有效擴(kuò)散系數(shù)，T是過冷度，q是一個(gè)取決于有效擴(kuò)散機(jī)制的指數(shù)。X是轉(zhuǎn)變的百分?jǐn)?shù)),3.2.1Martensitictransformations馬氏體轉(zhuǎn)變,3.2.2PhaseTransformations(TTT/CCTdiagrams)相轉(zhuǎn)變（TTT/CCT相圖）,CalculatedTTTdiagramsforU720andU720LIwithexperimentalresultsofKeefeetal.superimposed.,對U720和U720LI所計(jì)算的TTT曲線與Keefeetal.的實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較,3.2.2PhaseTransformations(TTT/CCTdiagrams)相轉(zhuǎn)變（TTT/CCT相圖）,718,CalculatedTTTdiagramforthesinglecrystalalloyRR2071withexperimentalresultsofRaeatal.superimposed,3.2.2PhaseTransformations(TTT/CCTdiagrams)相轉(zhuǎn)變（TTT/CCT相圖）,RR2071合金計(jì)算的TTT曲線與Raeatal.的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較,3.2.3PhaseTransformations(g/gcoarsening)相轉(zhuǎn)變（/晶粒的長大）,晶粒的計(jì)算長大率與實(shí)驗(yàn)得到的長大率的比較,3.3BackgroundtoPropertyCalculations物理/熱物理性能計(jì)算背景知識,PropertyofaSolutionPhase固溶相性能,Propertyofpurecomponents純組元時(shí)的性能,Interactionterms(Basedonpairwiseinteractions)相互作用項(xiàng)（基于相與相兩兩之間相互作用）,3.4MechanicalProperties機(jī)械性能,Twotypesofstrengtheningmechanismaretreated.可考慮兩種強(qiáng)化機(jī)制Solidsolutionstrengthening.固溶強(qiáng)化Particlestrengthening.第二相粒子強(qiáng)化,3.4.1MechanicalProperties(PrecipitationHardening)機(jī)械性能（析出強(qiáng)化）,Theyieldstrengthofanalloyhardenedbygparticlescanbegivenbytheequationbelowforsmallparticles微小粒子對合金的屈服強(qiáng)度的強(qiáng)化效果可用以下方程來衡量,YS0andYS1=yieldstressofthematrixandalloyM=Taylorfactorb=burgersvector,A=shapedependentconstantd=ppt.diameter=linetensionofadislocationf=volfraction=APBenergyYS0和YS1=晶格屈服強(qiáng)度和合金屈服強(qiáng)度M=泰勒系數(shù)b=柏氏矢量A=形狀因子常量d=析出粒子直徑=位錯(cuò)的線張力f=體積分?jǐn)?shù)=APB能量,Forlargerparticlestheequationbelowcanbeused對于大尺寸的粒子，強(qiáng)化效果用下面方程來衡量,=constantthataccountsforrepulsionofdislocationswithintheprecipitates(essentiallyanempiricallyadjustableparameter).=一個(gè)表明析出物內(nèi)部位錯(cuò)間斥力的常數(shù)（實(shí)質(zhì)上是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)）,3.4.1MechanicalProperties(PrecipitationHardening)機(jī)械性能（析出強(qiáng)化）,3.4.2MechanicalProperties機(jī)械性能,屈服強(qiáng)度的計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的比較,3.4.3ComparisonofMechanicalPropertiesforNi-basedSuperalloys鎳基超合金機(jī)械性能實(shí)驗(yàn)與計(jì)算值的比較,3.4.4AgeingResponseofaNi-basedSuperalloy(combiningcoarseningandpptnhardening)鎳基超合金時(shí)效效應(yīng)（綜合晶粒長大和析出強(qiáng)化）,3.5HighTempMechanicalProperties(creep)高溫機(jī)械性能（蠕變）,GeneralCreepEquation蠕變一般方程,A=MaterialconstantD=effectivediffusioncoeffSFE=stackingfaultenergyG=shearmodulusb=burgersvector=appliedstresso=backstressE=Youngsmodulusm=3n=creepexponent,A=材料常數(shù)D=有效擴(kuò)散系數(shù)SFE=層錯(cuò)能G=剪切模量b=柏氏矢量=外加應(yīng)力o=背應(yīng)力E=楊氏模量m=3n=蠕變指數(shù),3.5.1HighTempMechanicalProperties(creep)高溫機(jī)械性能（蠕變）,蠕變率的計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的比較,Asrupturestrengthisanalternativedesigncriterioninmanypracticalcases,thecalculationprocedurehasbeenextendedtoincludethispropertybyusinganinverserelationshipbetweenstressrupturelifeandsecondarycreeprate在許多實(shí)際情況中，斷裂強(qiáng)度是一個(gè)可供選擇的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。我們的軟件現(xiàn)在已經(jīng)能夠計(jì)算蠕變強(qiáng)度，這是通過利用蠕變斷裂應(yīng)力與蠕變率的對立關(guān)系間接得到的。,3.5.2HighTempMechanicalProperties(creep)高溫機(jī)械性能（蠕變）,Comparisonbetweenexperimentalandcalculated1000hrrupturestrengthsforvariouswroughtNi-basedsuperalloys,3.5.3HighTempMechanicalProperties(creep)高溫機(jī)械性能（蠕變）,成分不同的各種鎳基超合金1000小時(shí)斷裂強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)值與計(jì)算值的比較。,Comparisonbetweenexperimentalandcalculatedrupturelifeforvarioussinglecrystalsuperalloys,3.5.4HighTempMechanicalProperties(creep)高溫機(jī)械性能（蠕變）,各種單晶超合金斷裂壽命的實(shí)驗(yàn)值與計(jì)算值的比較。,ThecreepcalculationshavebeencombinedwiththeearlierlowtemperatureyieldstresscalculationstomodeltheflowstressofNi-basedsuperalloysatraisedtemperatures.蠕變計(jì)算已經(jīng)綜合了早期低溫屈服應(yīng)力計(jì)算，用來模擬鎳基超合金隨溫度升高時(shí)的流體應(yīng)力。,3.6HighTempMechanicalProperties高溫機(jī)械性能,ThedecayinRTyieldstresswithiswellmatchedusinganequationofthefollowingtype高溫情況下，室溫屈服應(yīng)力的衰減與下面方程所給出的結(jié)果相吻合。,whereandareconstantsdirectlyrelatedtoRTandthevalueofQ,whichisdeterminedempiricallythroughregressionanalysis.,3.6HighTempMechanicalProperties高溫機(jī)械性能,在這里，和都是與室溫強(qiáng)度RT和激活能Q值直接相關(guān)的常量。Q值的大小一般是通過回歸分析憑經(jīng)驗(yàn)來確定的。,Asthetemperatureisraisedtohighlevelsthealloywillyieldviacreepwhenthestrainrateofthemechanicaltestisequaltoorslowerthanthecreeprateatthetestingtemperature.當(dāng)溫度升到較高的檢測溫度下，試驗(yàn)機(jī)的拉伸速率等于或小于蠕變速率時(shí)，合金將發(fā)生蠕變屈服。Thiscanbecombinedwiththepreviousrelationship,3.6HighTempMechanicalProperties高溫機(jī)械性能,togivemechanicalpropertiesfromRTtothemeltingpoint把蠕變效應(yīng)和其它因素結(jié)合起來，這樣我們就可以給出從室溫到材料熔點(diǎn)區(qū)間范圍內(nèi)材料的機(jī)械性能。,ComparisonbetweenexperimentalandcalculatedyieldstressforNimonic75and105asafunctionoftemperature.,3.6HighTempMechanicalProperties高溫機(jī)械性能,75和105鎳基合金實(shí)驗(yàn)與計(jì)算情況下強(qiáng)度隨溫度的變化的比較,ComparisonbetweenexperimentalandcalculatedyieldstressatforvariouswroughtsuperalloysandpureNibetweenRTand1000C.不同質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的超合金以及純鎳在室溫和1000C時(shí),屈服應(yīng)力的實(shí)驗(yàn)與計(jì)算值的比較,3.6HighTempMechanicalProperties高溫機(jī)械性能,3.7更多計(jì)算原理信息,3.7更多計(jì)算原理信息,D:ProgramFilesJMatPro-4.0docspdfwww.sentesoftware.co.ukAboutus-Profile-Bibliography（參考書目）,3.8JMatPro與實(shí)驗(yàn),模擬計(jì)算不等于替代實(shí)驗(yàn)?zāi)M計(jì)算可減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)模擬計(jì)算能預(yù)測材料性能變化趨勢，從而可幫助科研人員快速準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，通過幾組數(shù)據(jù)驗(yàn)證模擬結(jié)果便能得到各種準(zhǔn)確的材料性能，從而可以大量的減少實(shí)驗(yàn)費(fèi)用，縮短項(xiàng)目開發(fā)時(shí)間！,3.9JMatPro、實(shí)驗(yàn)、查資料準(zhǔn)確性討論,JMatPro理想狀態(tài)下的計(jì)算結(jié)果可能與特定實(shí)驗(yàn)條件下測試的結(jié)果存在小的偏差。實(shí)驗(yàn)過程中也可能因?qū)嶒?yàn)環(huán)境、人為因素、設(shè)備因素等造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果與真實(shí)的材料性能存在一定的偏差。大部分資料庫所給出的材料性能都是在一定實(shí)驗(yàn)條件下測出的，而且合金成分與對應(yīng)的材料性能在某一范圍內(nèi)變化，從而影響了數(shù)據(jù)使用的準(zhǔn)確性,四、軟件應(yīng)用范圍、特點(diǎn)與發(fā)展展望,1、應(yīng)用范圍,能為許多材料成型CAE軟件提供材料性能參數(shù)（如：Procast、Dynaform、Deform等）輔助科研人員進(jìn)行合金設(shè)計(jì)輔助科研人員進(jìn)行材料加工工藝設(shè)計(jì)（如鑄造、鍛造、擠壓等）輔助科研人員進(jìn)行熱處理與