材料科學(xué)中的信息技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ) 課件 第15講 材料加工過程中的模擬軟件

計算機在材料科學(xué)中的應(yīng)用第15講信息技術(shù)在材料科學(xué)數(shù)學(xué)建模與模擬計算中的應(yīng)用Matlab軟件的應(yīng)用材料加工過程中的模擬軟件信息技術(shù)在材料加工與檢測中的應(yīng)用1.材料加工中的信息技術(shù)2.材料檢測中的信息技術(shù)

在歐美各高等學(xué)校，Matlab成為線性代數(shù)、自動控制理論、數(shù)字信號處理、時間序列分析、動態(tài)系統(tǒng)仿真、圖像處理等諸多課程的基本教學(xué)工具，成為本科生、碩士生和博士生的必須掌握的基本技能。在設(shè)計研究單位和工業(yè)部門，Matlab已被廣泛地用于研究和解決各種具體的工程問題?？梢灶A(yù)見，Matlab將在我國科學(xué)研究和工程應(yīng)用中發(fā)揮越來越大的作用。采用較為簡潔的編程語言進行數(shù)值計算和繪圖，從而解決各種具體的工程問題。Matlab軟件的應(yīng)用簡介Matlab軟件的應(yīng)用組成Matlab軟件的應(yīng)用

語法規(guī)則簡單（語言更接近于常規(guī)數(shù)學(xué)表示）

MATLAB基本的語言環(huán)境提供了數(shù)以千計的計算函數(shù)。

平臺無關(guān)性（可移植性）。無論你在哪一個平臺上編寫的程序或者繪制的圖像都可以運行在其它平臺上。

MATLAB是一種腳本式（scripted）的解釋型語言，無論是命令、函數(shù)或變量，只要在命令窗口的提示符下鍵入，并“回車（Enter）”，MATLAB都予以解釋執(zhí)行。語言特點Matlab軟件的應(yīng)用語言基礎(chǔ)變量、運算符、函數(shù)、語句程序設(shè)計基礎(chǔ)M文件、腳本文件、函數(shù)文件應(yīng)用舉例1：采用Matlab進行雙層吸波材料成分和厚度的設(shè)計羰基鐵粉炭黑1.對于給定的厚度和成分計算出反射率值；2.給定反射率的范圍，篩選出最優(yōu)條件。應(yīng)用舉例2：霧化金屬或合金的液滴快速凝固可以獲得性能優(yōu)異的非平衡凝固組織。液滴冷卻期間，與霧化氣體之間的傳熱過程直接影響著液滴凝固組織的形成。然而，由于霧化過程中對單個液滴的測量困難，液滴傳熱的實驗難以開展。所以采用理論分析對氣霧化液滴的凝固行為進行理論預(yù)測，了解氣霧化合金粉末凝固組織形成和控制機制。利用Matlab求解凝固方程獲得氣霧化過程中不同尺寸熔滴的冷卻速度、形核過冷度等。Matlab界面微積分復(fù)變函數(shù)與積分變換線性方程組數(shù)值求解非線性方程求根非線性方程組與最優(yōu)化方法矩陣特征值與特征向量插值與函數(shù)逼近數(shù)值積分常微分方程的數(shù)值方法Matlab數(shù)值分析導(dǎo)數(shù)運算：

演示：求下面的導(dǎo)數(shù)運算，并把原函數(shù)圖像和導(dǎo)函數(shù)圖像畫到一個圖中。氧化物SiO2CaOMgOAl2O3Na2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%72.54.51.23.518.3原料名稱各成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%SiO2CaCO3MgCO3Al(OH)3Na2CO3石英砂99.4————碳酸鈣—98.6———碳酸鎂——99.3——氫氧化鋁———99.2—純堿————98.6例4-11

某Na2O-CaO-SiO2系統(tǒng)玻璃的設(shè)計成分如表4-6所示，要求在實驗室用化工原料進行熔制。化工原料的成分見表4-7，采用MATLAB軟件計算熔制100?g玻璃液需要各種化工原料的用量。

表4-6玻璃的設(shè)計成分表4-7化工原料成分例4-12

以某型號鋼制薄板焊件焊縫溫度場為例，分析焊接過程中的溫度場。焊接模型如圖4-80所示，因溫度場對稱，取焊件的一半作為模型進行離散化。焊接電弧起始點為O點，以速度v沿x軸移動，經(jīng)過t時間后到達O'點。圖4-80二維焊接離散圖2.材料加工中的模擬計算軟件 Anycasting—金屬材料鑄造工藝仿真2.材料加工中的模擬計算軟件AnyCasting?是韓國AnyCasting公司自主研發(fā)的新一代基于Windows操作平臺的高級鑄造模擬軟件系統(tǒng)。AnyCasting采用基于混合算法的RealFlow技術(shù)，使用智能化的可變網(wǎng)格自動生成，支持多核高性能并行運算，適用于砂型鑄造、金屬型重力鑄造、高壓壓鑄、低壓鑄造、傾轉(zhuǎn)鑄造、精密鑄造、半固態(tài)等幾乎所有鑄造工藝的仿真分析。借助AnyCasting，可以準(zhǔn)確預(yù)測燒不足、氣孔、縮孔縮松、冷隔、夾渣、變形等缺陷；指導(dǎo)澆冒口、冷卻系統(tǒng)設(shè)計和模具設(shè)計；優(yōu)化鑄造過程工藝參數(shù)；減少產(chǎn)品試模次數(shù)，降低鑄造成本；提高產(chǎn)品質(zhì)量和市場競爭力。AnyCasting已廣泛應(yīng)用于汽車制造、電子電器、重型工業(yè)等行業(yè)，為鑄件質(zhì)量提供了可靠的技術(shù)保障。2.材料加工中的模擬計算軟件Moldflow是一款用于塑料產(chǎn)品、模具設(shè)計與制造的仿真軟件，可用于解決塑料注壓成型方面的問題，其高級工具和簡明的用戶界面有助于解決制造難題，如零件翹曲、冷卻管道效率分析以及成型周期時間縮短等。Moldflow軟件主要由MPA(MoldFlowPlasticsAdvisers，產(chǎn)品優(yōu)化顧問)、MPI(MoldFlowPlasticsInsight，注塑成型模擬分析)、MPX(MoldFlowPlasticsExpert，注塑成型過程控制專家)三部分構(gòu)成。 Moldflow—塑料注塑工藝仿真軟件2.材料加工中的模擬計算軟件Deform系列軟件是由位于美國OhioClumbus的科學(xué)成形技術(shù)公司(scienceformingtechnologycorporation)開發(fā)的。該系列軟件主要應(yīng)用于金屬塑性加工、熱處理等工藝數(shù)值模擬。1.成形分析(1)分析冷、溫、熱鍛的成形和熱傳導(dǎo)耦合；(2)提供豐富的材料數(shù)據(jù)庫，包括各種鋼、鋁合金、鈦合金和超合金；(3)允許用戶自行輸入材料數(shù)據(jù)庫中沒有的材料；(4)提供材料流動、模具充填、成形載荷、模具應(yīng)力、纖維流向、缺陷形成和韌性破裂等信息。(5)分析剛性、彈性和熱黏塑性材料模型，特別適用于大變形成形；(6)分析液壓成形、錘上成形、螺旋壓力成形和機械壓力成形；(7)允許用戶定義自己的材料模型、壓力模型、破裂準(zhǔn)則和其他函數(shù)；(8)分析材料內(nèi)部的流動信息及各種場量分布，并繪制溫度、應(yīng)變、應(yīng)力、損傷及其他場變量等值線。2.熱處理分析(1)熱處理分析范圍：預(yù)成形粗加工、二次成形、熱處理、焊接和通用機加工等工藝。(2)熱處理分析類型：正火、退火、淬火、回火、時效處理、滲碳、蠕變、高溫處理、相變、金屬晶粒重構(gòu)、硬化和時效沉積等。(3)熱處理分析內(nèi)容：能夠精確預(yù)測硬度、金相組織體積比值(如馬氏體、殘余奧氏體含量等)，分析熱處理工藝引起的撓曲和扭轉(zhuǎn)變形、殘余應(yīng)力、碳勢或含碳量等熱處理工藝評價參數(shù)。3.材料加工中的信息技術(shù)高分子材料加工→注塑機金屬材料加工→加熱爐無機非金屬材料燒成→加熱爐（氣氛控制+溫度控制）4.材料檢測中的信息技術(shù)材料成分檢測：分析電子顯微方法電子能譜、電子探針X射線微區(qū)成分分析、俄歇電子能譜、X射線光電子能譜、電子能量損失譜方法、高角度散射暗場方法、場發(fā)射電子槍技術(shù)。2.光譜儀方法X射線光譜、微波輻射光譜、光學(xué)光譜