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本書系統地研究分析了鋁及鋁合金鑄軋成形與裂紋擴展規律及其影響因素。本書主要內容包括緒論、基於元胞自動機的鋁鑄軋微觀數值模擬、基於有限元的鋁鑄軋成形過程數值模擬、基於損傷力學的鑄軋輥輥套疲勞壽命研究、基於有限差分的鑄軋過程鑄嘴型腔流動數值模擬、鋁鑄軋過程試驗研究、基於分子動力學的鋁及鋁合金裂紋擴展數值模擬、基於有限元的鋁合金細觀結構響應及裂紋擴展數值模擬、鋁合金高溫塑性變形條件下的變形機制。本書內容對研究鋁及鋁合金的鑄軋成形與裂紋擴展，從而獲得高質量的鋁及鋁合金產品具有較強的指導作用。
目次
前言
第1章緒論1
1.1鋁及鋁合金鑄軋成形與裂紋擴展研究意義1
1.2鋁及鋁合金鑄軋成形與裂紋擴展研究發展狀況1
1.2.1鋁及鋁合金鑄軋成形研究發展狀況1
1.2.2鋁合金裂紋擴展研究發展狀況4
1.3鋁及鋁合金鑄軋成形與裂紋擴展數值方法及其研究發展狀況5
1.3.1元胞自動機法5
1.3.2有限元法7
1.3.3有限差分法8
1.3.4分子動力學法9
1.4本章小結12
第2章基於元胞自動機的鋁鑄軋微觀數值模擬13
2.1概述13
2.2微觀組織數值模擬的元胞自動機模型14
2.2.1形核模型14
2.2.2生長模型15
2.2.3溶質擴散模型18
2.2.4元胞自動機法的捕獲法則22
2.3基於元胞自動機的微觀組織數值計算方法23
2.3.1晶粒生長的數值計算方法23
2.3.2微觀組織形成的數值計算方法25
2.3.3邊界條件的確定及相對運動的處理26
2.4程序方案設計27
2.4.1晶粒生長的程序方案設計27
2.4.2微觀組織形成的程序方案設計28
2.5基於元胞自動機的微觀組織數值模擬30
2.5.1基於元胞自動機的晶粒生長數值模擬31
2.5.2基於元胞自動機的微觀組織形成數值模擬33
2.6本章小結36
第3章基於有限元的鋁鑄軋成形過程數值模擬38
3.1概述38
3.2鋁鑄軋成形過程數學模型及其求解38
3.2.1鑄軋成形過程數學模型的建立38
3.2.2一些重要工藝參數的處理43
3.2.3邊界條件的確定47
3.2.4數值計算47
3.3鋁鑄軋成形過程數值模擬分析48
3.3.1鑄軋區流場、溫度場、熱應力場及熱應變場48
3.3.2鑄軋輥輥套溫度場與熱應力場49
3.4鋁鑄軋參數對鑄軋過程的影響51
3.4.1鑄軋參數對鑄軋區流場的影響51
3.4.2鑄軋參數對鑄軋區溫度場的影響53
3.4.3鑄軋參數對鑄軋區熱應力場的影響56
3.4.4鑄軋參數對鑄軋區熱應變場的影響58
3.4.5鑄軋參數對鑄軋輥溫度場的影響60
3.4.6鑄軋參數對鑄軋輥熱應力場的影響62
3.5本章小結65
第4章基於損傷力學的鑄軋輥輥套疲勞壽命研究66
4.1概述66
4.2損傷力學理論 67
4.2.1含損傷材料本構關係 67
4.2.2損傷演化方程 68
4.2.3理論理想疲勞曲線 69
4.2.4損傷參數確定 70
4.3裂紋形成與擴展的損傷力學方法71
4.3.1疲勞損傷耦合理論 71
4.3.2損傷力學――有限元法 72
4.4輥套疲勞壽命預估74
4.4.1輥套的應力場分析74
4.4.2輥套疲勞壽命預測77
4.5本章小結79
第5章基於有限差分的鑄軋過程鑄嘴型腔流動數值模擬80
5.1概述80
5.2鑄軋過程鑄嘴型腔熔體數學模型及其求解80
5.2.1鑄軋過程鑄嘴型腔熔體數學模型80
5.2.2鑄軋過程鑄嘴型腔熔體求解89
5.3鑄軋過程鑄嘴型腔熔體流動與傳熱數值模擬90
5.3.1鑄嘴型腔熔體流動與傳熱分析90
5.3.2鑄軋參數對型腔流場出口速度、出口溫度的影響94
5.4鑄嘴布流調節過程型腔熔體流動與傳熱數值模擬102
5.4.1超薄供料型腔非定常流特點及其處理方法102
5.4.2超薄供料型腔非定常流數學模型103
5.4.3超薄供料型腔非定常流數值仿真分析104
5.5本章小結111
第6章鋁鑄軋試驗研究112
6.1布流系統水模試驗112
6.1.1試驗的基本準則112
6.1.2試驗方案及實施114
6.1.3試驗結果與分析116
6.2鑄軋過程試驗及組織分析119
6.2.1試驗方法119
6.2.2試驗結果與分析120
6.3本章小結125
第7章基於分子動力學的鋁及鋁合金裂紋擴展數值模擬127
7.1概述127
7.2分子動力學的基本原理和模擬方法127
7.2.1分子動力學的基本原理127
7.2.2LAMMPS簡介135
7.3鋁裂紋擴展行為的分子動力學模擬136
7.3.1不含孔洞的鋁裂紋擴展行為的分子動力學模擬136
7.3.2含孔洞的鋁裂紋擴展行為的分子動力學模擬140
7.4鋁合金拉伸變形的分子動力學模擬146
7.4.1Al2Cu拉伸的分子動力學模擬146
7.4.2含孔洞的Al2Cu拉伸的分子動力學模擬153
7.5本章小結159
第8章基於有限元的鋁合金細觀結構響應及裂紋擴展數值模擬161
8.1概述161
8.2基於均勻化方法的鋁合金細觀結構響應分析161
8.2.1鋁合金細觀結構的數學模型161
8.2.2鋁合金缺陷細觀結構有限元建模165
8.2.3結果與討論166
8.3鋁合金裂紋擴展數值模擬173
8.3.1模型的建立173
8.3.2鋁合金裂紋擴展過程中裂紋前緣應力場的數值模擬174
8.3.3複雜載荷作用下裂紋擴展與分析177
8.4本章小結181
第9章鋁合金高溫塑性變形條件下的變形機制183
9.1概述183
9.27050鋁合金熱處理183
9.2.1試驗材料與試驗方案183
9.2.2試驗結果與分析184
9.37050鋁合金的熱壓縮試驗188
9.3.1試驗材料與方法188
9.3.2不同變形條件下7050鋁合金真應力-真應變曲線189
9.3.3熱變形參數對7050鋁合金流變應力的影響及流變應力本構方程192
9.4高溫塑性變形條件下7050鋁合金微觀組織的演化196
9.4.17050鋁合金微觀組織特徵196
9.4.27050鋁合金在不同變形程度下微觀組織的演化規律197
9.4.37050鋁合金在不同變形溫度下微觀組織的演化規律199
9.4.47050鋁合金在不同應變速率下微觀組織的演化規律200
9.5本章小結202
參考文獻203
第1章緒論1
1.1鋁及鋁合金鑄軋成形與裂紋擴展研究意義1
1.2鋁及鋁合金鑄軋成形與裂紋擴展研究發展狀況1
1.2.1鋁及鋁合金鑄軋成形研究發展狀況1
1.2.2鋁合金裂紋擴展研究發展狀況4
1.3鋁及鋁合金鑄軋成形與裂紋擴展數值方法及其研究發展狀況5
1.3.1元胞自動機法5
1.3.2有限元法7
1.3.3有限差分法8
1.3.4分子動力學法9
1.4本章小結12
第2章基於元胞自動機的鋁鑄軋微觀數值模擬13
2.1概述13
2.2微觀組織數值模擬的元胞自動機模型14
2.2.1形核模型14
2.2.2生長模型15
2.2.3溶質擴散模型18
2.2.4元胞自動機法的捕獲法則22
2.3基於元胞自動機的微觀組織數值計算方法23
2.3.1晶粒生長的數值計算方法23
2.3.2微觀組織形成的數值計算方法25
2.3.3邊界條件的確定及相對運動的處理26
2.4程序方案設計27
2.4.1晶粒生長的程序方案設計27
2.4.2微觀組織形成的程序方案設計28
2.5基於元胞自動機的微觀組織數值模擬30
2.5.1基於元胞自動機的晶粒生長數值模擬31
2.5.2基於元胞自動機的微觀組織形成數值模擬33
2.6本章小結36
第3章基於有限元的鋁鑄軋成形過程數值模擬38
3.1概述38
3.2鋁鑄軋成形過程數學模型及其求解38
3.2.1鑄軋成形過程數學模型的建立38
3.2.2一些重要工藝參數的處理43
3.2.3邊界條件的確定47
3.2.4數值計算47
3.3鋁鑄軋成形過程數值模擬分析48
3.3.1鑄軋區流場、溫度場、熱應力場及熱應變場48
3.3.2鑄軋輥輥套溫度場與熱應力場49
3.4鋁鑄軋參數對鑄軋過程的影響51
3.4.1鑄軋參數對鑄軋區流場的影響51
3.4.2鑄軋參數對鑄軋區溫度場的影響53
3.4.3鑄軋參數對鑄軋區熱應力場的影響56
3.4.4鑄軋參數對鑄軋區熱應變場的影響58
3.4.5鑄軋參數對鑄軋輥溫度場的影響60
3.4.6鑄軋參數對鑄軋輥熱應力場的影響62
3.5本章小結65
第4章基於損傷力學的鑄軋輥輥套疲勞壽命研究66
4.1概述66
4.2損傷力學理論 67
4.2.1含損傷材料本構關係 67
4.2.2損傷演化方程 68
4.2.3理論理想疲勞曲線 69
4.2.4損傷參數確定 70
4.3裂紋形成與擴展的損傷力學方法71
4.3.1疲勞損傷耦合理論 71
4.3.2損傷力學――有限元法 72
4.4輥套疲勞壽命預估74
4.4.1輥套的應力場分析74
4.4.2輥套疲勞壽命預測77
4.5本章小結79
第5章基於有限差分的鑄軋過程鑄嘴型腔流動數值模擬80
5.1概述80
5.2鑄軋過程鑄嘴型腔熔體數學模型及其求解80
5.2.1鑄軋過程鑄嘴型腔熔體數學模型80
5.2.2鑄軋過程鑄嘴型腔熔體求解89
5.3鑄軋過程鑄嘴型腔熔體流動與傳熱數值模擬90
5.3.1鑄嘴型腔熔體流動與傳熱分析90
5.3.2鑄軋參數對型腔流場出口速度、出口溫度的影響94
5.4鑄嘴布流調節過程型腔熔體流動與傳熱數值模擬102
5.4.1超薄供料型腔非定常流特點及其處理方法102
5.4.2超薄供料型腔非定常流數學模型103
5.4.3超薄供料型腔非定常流數值仿真分析104
5.5本章小結111
第6章鋁鑄軋試驗研究112
6.1布流系統水模試驗112
6.1.1試驗的基本準則112
6.1.2試驗方案及實施114
6.1.3試驗結果與分析116
6.2鑄軋過程試驗及組織分析119
6.2.1試驗方法119
6.2.2試驗結果與分析120
6.3本章小結125
第7章基於分子動力學的鋁及鋁合金裂紋擴展數值模擬127
7.1概述127
7.2分子動力學的基本原理和模擬方法127
7.2.1分子動力學的基本原理127
7.2.2LAMMPS簡介135
7.3鋁裂紋擴展行為的分子動力學模擬136
7.3.1不含孔洞的鋁裂紋擴展行為的分子動力學模擬136
7.3.2含孔洞的鋁裂紋擴展行為的分子動力學模擬140
7.4鋁合金拉伸變形的分子動力學模擬146
7.4.1Al2Cu拉伸的分子動力學模擬146
7.4.2含孔洞的Al2Cu拉伸的分子動力學模擬153
7.5本章小結159
第8章基於有限元的鋁合金細觀結構響應及裂紋擴展數值模擬161
8.1概述161
8.2基於均勻化方法的鋁合金細觀結構響應分析161
8.2.1鋁合金細觀結構的數學模型161
8.2.2鋁合金缺陷細觀結構有限元建模165
8.2.3結果與討論166
8.3鋁合金裂紋擴展數值模擬173
8.3.1模型的建立173
8.3.2鋁合金裂紋擴展過程中裂紋前緣應力場的數值模擬174
8.3.3複雜載荷作用下裂紋擴展與分析177
8.4本章小結181
第9章鋁合金高溫塑性變形條件下的變形機制183
9.1概述183
9.27050鋁合金熱處理183
9.2.1試驗材料與試驗方案183
9.2.2試驗結果與分析184
9.37050鋁合金的熱壓縮試驗188
9.3.1試驗材料與方法188
9.3.2不同變形條件下7050鋁合金真應力-真應變曲線189
9.3.3熱變形參數對7050鋁合金流變應力的影響及流變應力本構方程192
9.4高溫塑性變形條件下7050鋁合金微觀組織的演化196
9.4.17050鋁合金微觀組織特徵196
9.4.27050鋁合金在不同變形程度下微觀組織的演化規律197
9.4.37050鋁合金在不同變形溫度下微觀組織的演化規律199
9.4.47050鋁合金在不同應變速率下微觀組織的演化規律200
9.5本章小結202
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