有關數(shù)值模擬在材料中的應用與意義論文

1、. .8/8長江大學材料成型與控制工程專業(yè)關于數(shù)值模擬在材料中的應用與意義論文 班級：材料11302 學號： ：序號：35目錄摘要1 關鍵字1第一章 材料成型數(shù)值模擬簡介1.1 數(shù)值模擬概念11.2 數(shù)值模擬方法的基本特點1 1.3 材料成型數(shù)值模擬方法的主要容1 1.4 數(shù)值模擬方法分類1 1.5 材料成型過程數(shù)值模擬研究的發(fā)展趨勢2 第二章計算機數(shù)值模擬在材料成型領域中的應用3第三章 材料成型過程數(shù)值模擬研究的意義3.1 采用模擬技術的原因4 3.2 采用模擬技術的意義5參考文獻5摘要：計算機模擬技術在材料設計領域中應用日益廣泛，綜述了計算機模擬在材料中的應用，介紹了材料科學中計算機模擬技

2、術在材料成型中應用的原因與意義。關鍵字：計算機模擬 ；模擬方法； 應用 ；發(fā)展趨勢。第一章 材料成型數(shù)值模擬簡介1.1 數(shù)值模擬概念數(shù)值模擬是指利用一組控制方程(代數(shù)或微分方程)來描述一個過程的基本參數(shù)變化關系，采用數(shù)值計算的方法求解，以獲得該過程(或一個過程的某一方面)的定量認識，與對過程進行動態(tài)模擬分析，在此基礎上判斷工藝或方案的優(yōu)劣、預測缺陷、優(yōu)化工藝等。數(shù)值模擬方法的基本特點數(shù)值模擬方法的基本特點是將微分方程邊值問題的求解域進行離散化，將原來欲求得在求解域處處滿足場方程，在邊界上處處滿足邊界條件的解析解的要求降低為求得在給定的離散點(節(jié)點)上滿足由場方程和邊界條件所導出的一組 代數(shù)方程

3、的數(shù)值解。這樣，就使一個接續(xù)的、無限自由度問題變成離散的、有限自由度問題。1.3 材料成型數(shù)值模擬方法的主要容材料成型數(shù)值模擬方法的主要容是：前處理、模擬分析計算和后處理三部分。前處理：實體造型、網(wǎng)格剖分。模擬分析計算：宏觀模擬、微觀組織模擬與缺陷模擬、多種物理場的耦合計算。后處理：模擬結果的可視化處理。1.4 數(shù)值模擬方法分類數(shù)值模擬方法可以分為兩大類：1、有限差分法有限差分法以差分代替微分，將求解對象在時間與空間上進行離散，對每個離散單元進行各種物理場分析(如溫度場、流動場與應力場等)，然后將所有單元的求解結果匯總，得到整個求解對象在不同時刻的行為變化，并對分析對象的可能變化(發(fā)展)趨勢作

4、出預測。有限差分法具有求解過程簡單、速度快、前后最處理易于實現(xiàn)等優(yōu)點。2、有限元法有限元法的特點是將求解域離散為一組有限個形狀簡單且僅在節(jié)點處相互連接的單元的集合體，在每個單元用一個滿足一定要求的插值函數(shù)描述基本未知量在其中的分布。隨著單元尺寸的縮小，近似的數(shù)值解將越來越逼近精確解。有限元法適應任意復雜的和變動的邊界。材料成型過程數(shù)值模擬研究的發(fā)展趨勢要求：高質(zhì)量、低成本、短周期。1、并行工程，要求高質(zhì)量、高效率的高度集成的數(shù)值模擬系統(tǒng)。計算機硬件、計算速度的方法。2、高度集成，包括圖形系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸程序、前處理系統(tǒng)、模擬分析系統(tǒng)、后處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。模擬分析系統(tǒng)也是多種物理場模擬的集

5、成，如流場、溫度場、應力場、相場的耦合；應力/應變場、溫度場、相場耦合的模擬系統(tǒng)等。 總之，高質(zhì)量、高效率的高度集成的數(shù)值模擬系統(tǒng)并行工程的可靠而有效的保證，也是發(fā)展虛擬制造技術的關鍵之一，它將會促進21世紀的材料加工技術得到更大的發(fā)展。第二章計算機數(shù)值模擬在材料成型領域中的應用因為，材料成型(包括鑄造、塑性加工、焊接、熱處理)是一個涉與物理、流體、傳熱、冶金、力學等因素的復雜過程。所以，計算機是指模擬在材料成型領域中的應用也分為，鑄造、塑性加工、焊接、熱處理等方面的應用。1鑄造：溫度場模擬流動場模擬 應力場模擬溶質(zhì)場模擬流動與傳熱耦合設計微觀組織模擬 M-C法、CA法、相場法2焊接：焊接的熱

6、傳導分析焊接熔池流體力學和傳熱分析電弧物理焊接冶金和焊接接頭組織性能的測定焊接應力與變形焊接過程中的氫擴散特殊焊接過程的數(shù)值分析，如電阻焊、激光焊、摩擦焊焊接接頭的力學行為3）金屬塑性加工：塑性變形過程溫度、應力、應變等分布規(guī)律微觀組織、力學、機械與物化性能的變化4）熱處理：溫度場數(shù)值模擬應力場模擬組織轉變相圖的模擬第三章 材料成型過程數(shù)值模擬研究的意義3.1采用模擬技術的原因材料成形過程的基本規(guī)律可以用一組微分方程來描述，例如流動方程、熱傳導方程，平衡方程或運動方程等，這些方程在所討論的問題中常常稱為場方程或控制方程。在材料成形原理這本書中，對這些方程進行了詳細的闡述。為了分析一個具體的材料

7、成形問題，除了要給出具有普遍意義的場方程以外，還要給出由該問題的特點所決定的定解條件，其中包括邊值條件和初值條件。這樣就把材料成形問題抽象為一個微分方程(組)的邊值問題。一般說來，微分方程的邊值問題只是在方程的性質(zhì)比較簡單、問題的求解域的幾何形狀十分規(guī)則的情況下，或是對問題進行充分簡化的情況下，才能求得解析解。而實際的材料成形問題求解域往往是十分復雜的，而且場方程往往相互耦合，因此無法求得解析解，面在對問題進行過多簡化后得到的近似解可能誤差很大，甚至是錯誤的。3.2采用模擬技術的意義采用模擬技術，能在材料成形工藝設計和模具設計初步方案完成后立即對其進行檢驗，尋求可行的甚至最優(yōu)的設計方案，然后再完成詳細設計并進行模具制造。這樣，在新產(chǎn)品開發(fā)時，就能使得產(chǎn)品設計、工裝模具設計和制造等相關工作同時展開，即實現(xiàn)并行工程，達到降低成本、提高質(zhì)量、縮短產(chǎn)品交貨期的目