3材料科学与行为工艺但的计算机模拟

计算机在材料科学与工程中的应用 王建刚 本 章 要 点 3.1 组织转变的计算机模拟 3.1 组织转变的计算机模拟 6.1 组织转变的计算机模拟 3.2 相平衡计算方法-相图计算 3.2 相平衡计算方法-相图计算 3.2 相平衡计算方法-相图计算 3.2 相平衡计算方法-相图计算 3.2 相平衡计算方法-相图计算 3.2 相平衡计算方法-相图计算 3.3 相图计算发展历程和计算机软件介绍 二、 相图计算软件介绍 3.4 计算机模拟在材料科学中的应用 6.2 材料热加工模拟 材料热加工模拟 材料热加工模拟 材料热加工模拟 一、材料的组成和结构与计算机模拟 现今材料的组成和结构表征研究主要采用各种大型分析设备，如扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、分析电镜(AEM)、扫描探针显微镜(SPM)等。这些大型设备都是在计算机的控制下完成分析工作的。这些分析设备提供了不同的、功能强大的分析模拟软件以及相应的数据库。 二、金属材料加工与计算机模拟 金属材料加工主要包括铸造、锻造、压力加工、热处理及粉末冶金等，通过数值模拟和物理模拟相结合的方法，可实现电脑试生产、动态显示材料加工和制备工艺的历程、预测缺陷和优化工艺。 模拟方法的优点： ①可预测产品质量减少实验次数；②可确定最佳工艺流程，以达到某一特殊性能要求；③动态显示各个物理量的演变历程和空间分布；④提供生产率。 该铸造过程仿真系统配置： 硬件Sun20工作站一台，3GB硬盘，384内存； 软件Pro/ENGINEER、MAG-MAsoft。 工作过程：制订工艺方案→Pro/ENGINEER三维造型→CAD模型传入(MAG-MAsoft)→组装铸型(MAG-MAsoft)→边界条件设定→计算机模拟→模具加工(Pro/E)。 如采用模拟仿真系统对大功率柴油机铸件的模拟 三、塑料加工中的计算机模拟 塑料制品一般采用模塑成型方法生产。计算机辅助工程(CAE)主要针对各种塑料成型过程进行模拟，该技术主要包括数值计算技术、计算机图形学、工程分析与仿真、数据库等的综合性软件系统。 四、计算机工艺模拟发展特点 1)具有集成性和不可替代性；2)数学模型体系权威性；3)模拟研究将会促进多学科合作，如数学、计算科学和材料力学等的合作；4)并行计算方法的采用可以明显提高计算效率；5)系统工程的概念将是模具设计、制备到产品制造计算机上进行虚拟设计成为现实。 模拟实例 铝合金轮毂铸造充型凝固数值模拟-MAGMASOFT： 铸造充型凝固过程流程图 模拟实例 铝合金轮毂铸造充型凝固数值模拟-MAGMASOFT： 轮毂CAD模型 网格划分结果 模拟实例 铝合金轮毂铸造充型凝固数值模拟-MAGMASOFT： 凝固-时间结果图 缩松缺陷结结果 改良冷却设计后的缩松 模拟实例 锥齿轮成形、热处理数值模拟- DEFORM ： 模拟实例 锥齿轮成形、热处理数值模拟- DEFORM ： TTT(Time-Temperature-Transformation)曲线给出的是钢在等温停留过程中的组织转变情况，清楚地显示不同温度下的转变特征。CCT (Continuous Cooling Transformation)曲线,给出的是钢在不同冷却速度下的连续冷却过程的组织转变情况。这两种曲线由于直观、实用，因而在实际生产中得到广泛使用。 70’s，计算机模拟技术开展，使材料的组织转变数值模拟提到日程上来了，TTT曲线和CCT曲线为组织转变提供了两种不同的模拟途径。 TTT(Time-Temperature-Transformation)曲线给出的是钢在等温停留过程中的组织转变情况，清楚地显示不同温度下的转变特征。CCT (Continuous Cooling Transformation)曲线,给出的是钢在不同冷却速度下的连续冷却过程的组织转变情况。这两种曲线由于直观、实用，因而在实际生产中得到广泛使用。 70’s，计算机模拟技术开展，使材料的组织转变数值模拟提到日程上来了，TTT曲线和CCT曲线为组织转变提供了两种不同的模拟途径。 TTT(Time-Temperature-Transformation)曲线给出的是钢在等温停留过程中的组织转变情况，清楚地显示不同温度下的转变特征。CCT (Continuous Cooling Transformation)曲线,给出的是钢在不同冷却速度下的连续冷却过程的组织转变情况。这两种曲线由于直观、实用，因而在实际生产中得到广泛使用。 70’s，计算机模拟技术开展，使材料的组织转变数值模拟提到日程上来了，TTT曲线和CCT曲线为组织转变提供了两种不同的模拟途径。 (1)TTT曲线 测在各温度等温转变动力学曲线(