材料学的多尺度模拟与应用

本书侧重介绍凝固、形变、再结晶、低维材料行为等材料科学与工程领域典型过程的多尺度模拟方法、理论及应用，对涉及的温度场、应力-应变场、位错动力学和微观组织演变等的数理建模、模拟计算及人工智能应用等进行了较详细的介绍，涉及宏观至电子各（多）尺度上的建模和模拟方法。本书主要内容如下：绪论、金属塑性成形过程的智能分析与优化设计、合金凝固过程的多尺度模拟、形变再结晶过程的多尺度模拟、位错动力学过程的多尺度模拟、合金微形变的多尺度模拟、薄膜沉积生长和刻蚀反应的模拟。

前言
第1章绪论1
参考文献5
第2章金属塑性成形过程的智能分析与优化设计7
2.1塑性变形力学基础7
2.1.1基础变量及其表示方法7
2.1.2静力平衡方程和几何方程9
2.1.3塑性本构方程11
2.2有限元智能分析理论及方法21
2.2.1有限元分析基本理论21
2.2.2深度学习在材料研究领域的应用原理29
2.2.3基于有限元的智能建模与连轧过程优化设计38
参考文献43
第3章合金凝固过程的多尺度模拟45
3.1多尺度模拟概述45
3.2合金凝固温度场数理模型及模拟50
3.2.1合金凝固温度场数理模型50
3.2.2半连续铸造温度场数值模拟58
3.3凝固组织演变模拟方法及理论65
3.3.1液固相变的三维元胞自动机模型66
3.3.2微观组织演变数理模型68
3.4凝固组织演变的三维并行多尺度模拟89
3.4.1半固态铝铜合金浆料的微观组织演变90
3.4.2大型铸锭凝固过程的微观组织演变93
参考文献94
第4章形变再结晶过程的多尺度模拟99
4.1再结晶概论99
4.1.1影响再结晶的主要因素100
4.1.2再结晶基本理论104
4.2再结晶组织演变模型110
4.2.1形核模型111
4.2.2晶核长大模型115
4.2.3晶粒长大模型115
4.2.4微观组织演变的二维元胞自动机模型116
4.3形变再结晶过程的多尺度模拟实例118
4.3.1金属塑性变形的数值模拟119
4.3.2再结晶组织演变的数值模拟122
参考文献126
第5章位错动力学过程的多尺度模拟129
5.1位错动力学基本理论129
5.1.1非线性系统基本方程129
5.1.2位错组态演化模型131
5.1.3演化模型的线性稳定性分析134
5.1.4演化模型应用—亚微米晶流变应力预测136
5.2位错动力学的多尺度模拟138
5.2.1位错动力学的数值模拟概况139
5.2.2位错动力学的多尺度模拟原理及方法141
5.2.3离散位错动力学模型144
5.2.4离散位错动力学多尺度模拟的实现153
参考文献159
第6章合金微形变的多尺度模拟162
6.1微形变和合金化理论概述162
6.1.1元素合金化理论162
6.1.2合金微形变163
6.2电子/原子层次模拟方法及理论171
6.2.1分子动力学方法及理论171
6.2.2第一性原理计算方法及理论177
6.3合金微形变电子/原子层次模拟的多尺度模拟实例189
6.3.1TiAl合金剪切变形和结构演化的多尺度模拟190
6.3.2P在Cu晶界上的偏聚对拉伸特性的影响198
6.3.3合金形变模拟在材料领域的其他若干关键应用204
参考文献205
第7章薄膜沉积生长和刻蚀反应的模拟209
7.1薄膜沉积生长和刻蚀反应理论概述209
7.1.1薄膜沉积生长研究进展及理论209
7.1.2分子反应力场方法及理论213
7.1.3反应力场理论基础216
7.2氧化物薄膜沉积生长模拟实例217
7.2.1O/Zn比对氧化物薄膜沉积生长过程的影响217
7.2.2衬底温度对氧化物薄膜沉积生长过程的影响223
7.3金属衬底/薄膜在特定气氛中的刻蚀反应模拟实例225
7.3.1Al-F反应力场参数的优化研究226
7.3.2Al衬底在F2中的刻蚀反应研究230
7.3.3刻蚀反应模拟在材料领域的其他若干关键应用235
参考文献236