《计算机在金属材料工程中的应用》系统地介绍计算机在金属材料工程中应用的基本理论、基本方法和相关应用。本书主要内容包括金属材料工程中导热微分方程的建立、数值模型的建立、基于有限差分方法的导热方程求解、基于有限元方法的导热微分方程求解、组织转变的求解、晶粒长大模型及数值模拟、奥氏体化相变动力学及数值模拟、弹性力学原理及数值模拟等。本书结合理论知识，侧重于计算机应用的实际操作，基于Excel软件完成零件特定位置温度曲线的计算及组织转变的判定、渗碳工艺过程中零件相应位置的浓度场、弹性力学问题相应位置的应力、应变和变形等，训练学生利用计算机解决实际问题的能力，培养和引导学生的创新意识。工程数据的计算机处理方法可扫描本书附录中的二维码学习。
《计算机在金属材料工程中的应用》可作为金属材料工程、材料科学与工程等专业本科生及研究生的专业基础课程教材，也可供从事材料科学与工程研究的工程技术人员参考。

第1章 概述
1.1 材料科学与工程的基本要素
1.2 计算机的分类
1.3 计算机模拟在金属材料热处理方面的应用
1.3.1 虚拟热处理的基本概念
1.3.2 虚拟热处理技术的国外研究现状
1.3.3 虚拟热处理技术的国内研究现状
1.3.4 虚拟热处理软件包
1.3.5 淬火过程数值模拟的难点及存在的问题
第2章 传热学的基本原理及传热学模型建立
2.1 传热学基本原理
2.1.1 温度场
2.1.2 热量传递的三种方式
2.1.3 热量传递的基本定律
2.1.4 双层玻璃的功效
2.2 热传导方程的建立
2.2.1 直角坐标系下的热传导方程
2.2.2 柱坐标系下的热传导方程
2.2.3 球坐标系下的热传导方程
2.3 热传导问题的边界条件
2.4 热传导问题的初始条件
2.5 温度场计算模型的建立
2.5.1 轴对称零件温度场计算模型
2.5.2 长方体温度场计算的二维模型
2.5.3 长方体温度场计算的三维模型
第3章 温度场计算的有限差分法
3.1 有限差分法的基本原理
3.2 有限差分的定义
3.2.1 差分
3.2.2 差商
3.3 基于Taylor展开式构建差分方程
3.4 基于能量平衡法建立差分方程
3.5 边界节点有限差分方程的建立
3.5.1 二维热传导边界节点有限差分方程
3.5.2 三维热传导边界节点有限差分方程
3.6 一维非稳态温度场的有限差分法
3.6.1 显式差分格式
3.6.2 隐式差分格式
3.6.3 六点隐式差分格式
3.7 二维非稳态温度场的有限差分法
3.8 三维非稳态温度场的有限差分法
3.9 有限差分方程的计算机解法
3.9.1 直接法
3.9.2 间接法
3.10 有限差分法求解偏微分方程
第4章 温度场计算的有限元法
4.1 有限元法的基本思想
4.2 变分原理
4.3 热传导问题的变分
4.3.1 类边界条件二维稳态热传导问题的变分
4.3.2 第三类边界条件二维稳态热传导问题的变分
4.3.3 具有内热源和第三类边界条件的二维稳态热传导问题的变分
4.3.4 具有内热源和第三类边界条件的轴对称稳态热传导问题的变分
4.3.5 第三类边界条件二维瞬态热传导问题的变分
4.4 求解区域温度场的离散
4.5 有限元法的单元分析
4.5.1 单元类型
4.5.2 单元温度的离散
4.5.3 三角形单元的变分计算
4.5.4 总体刚度矩阵的合成
4.6 二维非稳态热传导的有限单元法
4.6.1 三角形单元变分
4.6.2 时间域的离散
4.7 总体刚度矩阵的合成
4.8 二维稳态热传导有限元分析实例
4.9 二维非线性热传导问题的有限元方法
第5章 淬火过程组织转变的数值模拟
5.1 相变曲线
5.1.1 连续冷却转变曲线
5.1.2 等温转变曲线
5.2 相变过程的数学模型
5.2.1 扩散型转变
5.2.2 非扩散型转变
5.2.3 马氏体相变温度的计算
5.2.4 贝氏体相变温度的计算
5.2.5 相变潜热的计算与处理
5.3 Scheil叠加法则
5.4 杠杆定律
5.5 淬火过程的相变塑性
5.6 淬火力学性能计算
5.7 组织场模拟流程框图
5.8 端淬工艺模拟与实验
5.8.1 端淬工艺模拟
5.8.2 端淬实验
5.8.3 相变潜热对温度场和组织场的影响
第6章 再结晶及晶粒长大过程数值模拟
6.1 晶粒形核和长大
6.1.1 金属凝固过程
6.1.2 再结晶退火
6.1.3 金属热塑性变形过程
6.2 模拟方法
6.2.1 蒙特卡罗法
6.2.2 元胞自动机法
6.2.3 相场法
6.3 基于MC法的晶粒长大过程模拟
6.3.1 MCIsing模型
6.3.2 MCPotts模型
6.3.3 传统MCPotts晶粒长大模型
6.3.4 改进的ExxonMCPotts晶粒长大模型
6.4 基于MC法的静态再结晶模拟
6.4.1 静态再结晶基本模型
6.4.2 再结晶模拟方法
6.5 基于CA法的动态再结晶模拟
第7章 快速加热奥氏体化过程的数值模拟
7.1 叠加法则
7.2 相变机制
7.3 奥氏体化相变激活能
7.3.1 等温分析法
7.3.2 等时分析法
7.3.3 Doyle方法
7.3.4 Murray-White方法
7.4 钢的奥氏体化相变动力学参数求解
7.4.1 实验方案
7.4.2 膨胀曲线的分析
7.4.3 相变激活能的计算
7.4.4 相变动力学参数n与k0的计算
7.4.5 奥氏体化动力学公式的验证
7.5 奥氏体化数值模拟实例
7.6 奥氏体体积分数计算子程序
第8章 应力/应变场有限元模拟
8.1 弹性力学原理
8.1.1 应力分析
8.1.2 应变分析
8.1.3 几何方程
8.1.4 物理方程
8.1.5 平衡方程和运动方程
8.1.6 平面应力问题
8.1.7 平面应变问题
8.2 弹性力学有限元法
8.2.1 区域离散
8.2.2 应变矩阵
8.2.3 有限元方程的建立
8.2.4 单元节点的等效载荷
8.2.5 总体合成
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