5 冶金过程水模拟
【实验性质】综合性实验；学时：4
5.1实验目的
冶金过程多是在高温状态下完成，很难对冶金过程的进行直接的观察与测试，因此通常采用物理模拟实验的方法对冶金传输过程加以研究，最为常用的方法是水模实验。冶金传输过程主要典型的反应有两种，一是全混流，另一种是活塞流，以这两种流动现象为基础，开设两个水模实验，一是钢包内钢水流动过程的水模实验研究，另一个是中间包内钢水流动过程的水模实验研究，前者为选作项目后者为比作项目。通过水模实验研究，要求学生掌握以下学习内容：
(1) 钢包或中间包的水模型建立方法；
(2) 如何保证这两个典型流动水模实验中水的流动与实际钢水流动的相似；
(3) 对钢包或中间包内模拟钢水的流动可视化显示；
(4) 示踪剂的加入方法及主要研究指标（均匀混合时间、平均停留时间）的计算方法；
5.2实验原理及设备
钢包、中间包内钢液的流动，是钢液在重力作用下从钢包水口流入中间包，然后从中间包水口流出。这种情况，一般可视为粘性不可压缩稳态流动，同时可忽略化学反应的影响。根据相似理论，只要满足几何相似和动力学相似就可以保证模型和原型相似。
影响钢包、中间包内钢液流动状态的作用力主要有惯性力、重力和黏性力。根据相似理论，在中间包物理模拟中只要选择模型和原型的Re、Fr准数相等就可以保证模型和原型相似。根据流体力学原理，当流体流动的Re数大于第二临界值时，流体的湍动程度及流速的分布几乎不再受Re数的影响，此时流体的流动状态不再变化，且彼此相似，与Re数不再有关，也就是说流体流动进入第二自模化区域，当原型的Re数处于第二自模化区以内时，则模型的Re数不一定与原型的Re数相等，只要都处于第二自模化区域，Fr数相等就能满足相似条件。一般Re数的第二自模化区的临界值为1×104～1×105。
夹杂物是危害钢液、钢材质量的主要杂质，尽可能多的去除尽量夹杂物是炼钢的主要目标，钢包吹氩是炉外精炼的重要手段之一，它不仅具有均匀钢水温度、成分的作用，而且也是十分有效的去夹杂措施。通过钢包水模型实验，分析吹气时间及不同吹气量对去除夹杂行为的影响。通过中间包水模型实验，研究使用不同形状的挡墙对中间包内钢液流动的影响，测量其在中间包内的平均停留时间和滞止时间的变化，找出最佳的挡墙设置。
利用水模拟方法测量流体分子的停留时间分布，通常应用“刺激－响应”实验，其方法是：在容器入口注入流处输入一个刺激信号，信号一般使用示踪剂来实现。然后在容器出口处测量该输入信号的输出，即所谓响应，从响应曲线得到流体在中间包内的停留时间分布。刺激－响应实验相当于黑箱研究方法，即使流体在流动过程中其流动状态不易或不能直接测量，仍可从响应曲线分析其流动状况，因此这一方法在理想流动的反应器中得到了广泛采用。
冶金实验研究中常用的示踪剂有：若系统为高温实际反应器（中间包），既可采用灵敏的放射性同位素作为示踪剂，也可采用不参与反应的其他元素，如铜、金等。若系统为冷态模拟研究，常使用电解质、发光或染色物质作为失踪剂，例如水模型中常采用KCl溶液作为
失踪剂加入。失踪剂加入方法有脉冲加入和阶跃加入等，最常使用等为脉冲式加入方法。
实验装置如图5-1、5-2所示。
图5-1钢包水模型实验装置
图5-2 中间包水模型实验装置
5.3实验内容
5.3.1测定混匀时间及平均停留时间
混匀时间反映钢包成分和温度均匀的快慢,直接影响精炼的效果和进程，采用电导率法来测定混匀时间。实验中将饱和KCL 溶液通过漏斗加至喷吹中心附近或两个喷吹流汇股处的水面上，将一支短电极插入进水面的“活跃区”（单喷吹中心附近或双喷吹的最大流速区），一支长电极插入底部“滞留区”。实验时，调节供气量至某一值，注入KCL 饱和溶液，同时使电导率仪和函数记录仪同时工作，直至两电导
率值一致为止，从起始至电导率一致所需时
间即为混合时间。
当钢液流过中间包时，虽然总体上流量
稳定在某一值不变，但钢液但各个分子（或
微元）沿不同路径通过中间包，路线长短不
同，分子在中间包内的寿命也不同。由于中
间包中钢液分子数目众多，分子在中间包内
寿命分布应服从统计规律，大多数分子大停留时间在中等范围波动，寿命极短或极长短分子都不多，这种分布曲线称为停留时间分布函数E(t)，其定义为：Edt
是进入中间包的钢液中E （t ）
t
在系统内都寿命属于t 和t ＋dt 之间的那部分分子。一般用出口流体在系统内的停留时间来表示E(t)，见图5-3。当系统当流速恒定时，无论出口还是入口所定义当E(t)都完全一样。
通过反应器都流体分子的全部可看作1，所以
10≡?∞
Edt （5-1） 寿命低于t1的流体所占分率为：
?
10t Edt （5-2） 寿命高于t1的流体所占分率为：
?∞1t Edt ＝1－?1
0t Edt （5-3） 停留时间分布函数E(t)实际上是一种概率分布函数，可以用其数学期望（均值），方差等数值特征来确定。E(t)的均值：
???∞∞∞==
000)()(/)(dt t tE dt t E dt t tE t （5-4）
式中： -t 可称为平均停留时间。
E(t)的方差（离散度）为：
???-∞∞∞-==0220
02)()(/)()(2
t t t t dt t E dt t E dt t E σ （5-5） 实验中我们将式（5-4）离散化进行计算，计算公式为：
-==∑∑??=n
i n i i t i C i i C i t t ,1,1)()(/)(t )()( （5-6）
5.3.2测定水模型内流场显示
流动显示技术是研究各种复杂流动的有效方法。流场显示的任务就是把透明流体（本实验中是水）的流动现象设法用图像显示出流动图形（流谱）供定性分析使用，并力求根据这些流动图形作出流场某种物理量的定量测量。流动显示是确定流谱等物理现象的既可靠又有效的方法。钢包、中间包中许多流动现象如注流冲击、卷渣、夹杂物上浮等，都可以通过流动显示进行研究。显示出来的流动图形既便于直接观察，也可用照相或摄影的方法记录下来。
最常用的显示方法是示踪法。示踪粒子一般在流动的上游即入口注流处加入。对示踪剂的要求是跟随性好，示踪粒子要能和流体同步流动，所以示踪剂的密度和流体应尽量接近，或者粒子的粒度非常细小。此外要有强的反射性能，便于观察和摄影。在中间包水模型中常用的示踪剂有聚苯乙烯塑料粒子和铝粉等。染料也可做示踪剂，在低速（小于1m/s ）时，可用水性染料如墨水、高锰酸钾、甲基兰等；较高速（大于1m/s ）时，可用油性染料如苯、二甲苯、硝基苯等。一般来讲，当研究整个流场状况时，以粒子示踪法为主；而当重点观察流股的冲击时，有时也采用染料用示踪剂。同时需要特别指出的是，除示踪剂外，光源的选择也是流动显示成功的重要因素。对中间包流场一般选择片光源作为照明手段，为提高片光源的照明亮度，可选择氖灯及激光片光源等。
在本实验中拟采用墨水或蔬菜汁做示踪剂。
5.4实验步骤
钢包水模型实验步骤如下：
（1）配制示踪剂：配制KCl饱和溶液1升；
（2）调整钢包液位：根据相似原理计算的钢包液位，调整钢包中水的高度；
（3）调整钢包底吹气量：根据相似原理计算的钢包吹气量，调整钢包底部的吹气量；（4）调整SG800测量仪：根据SG800操作手册，预热设备、调整零点、使设备处于准备测试状态；
（5）开始试验：1人准备加入示踪剂，另外1人准备按测量按钮，准备完毕后，由另外1人指挥。指挥者发出“开始试验”的指令，另外2人同时进入示踪剂和按下“测量”
按钮，试验开始。
（6）过程记录：试验自动进行，实验者要随时观察气体流量，保持稳定；
（7）测量结束：试验到规定时间，即测量曲线回到进入示踪剂前的数值，停止记录数据，测量结束；
（8）数据处理：按照SG800使用说明，将试验数据储存，并进行数据处理；
（9）试验结束
中间包水模型实验步骤如下：
（1）配制示踪剂：配制KCl饱和溶液1升；
（2）调整钢包－中间包水系统：根据相似原理计算的中间包水流量，调整钢包、中间包水流量，使中间包液面达到规定的高度、流量保持稳定；
（3）调整SG800测量仪：根据SG800操作手册，预热设备、调整零点、使设备处于准备测试状态；
（4）开始试验：1人准备加入示踪剂，另外1人准备按测量按钮，准备完毕后，由另外1人指挥。指挥者发出“开始试验”的指令，另外2人同时进入示踪剂和按下“测量”
按钮，试验开始。
（5）过程记录：试验自动进行，实验者要随时观察中间包液位和水流量，适当调整水流量，保持二者的稳定；
（6）测量结束：试验到规定时间，即RTD曲线回到进入示踪剂前的数值，停止记录数据，测量结束；
（7）数据处理：按照SG800使用说明，将试验数据储存，并进行数据处理；
（8）试验结束。
5.5实验报告要求
（1）用文字表达清楚实验目的，实验采样基本原理；
（2）给出详细的实验数据；
（3）能够根据实验所得数据对均匀混合时间和平均停留时间进行计算，能够对死区、全混区、活塞区比例进行计算；
（4）每个同学进行一次实验，每组4个同学，共进行多次实验，根据所做的实验，每组找出实验中最优的工况，给出实验结论。
东北大学本科课程教学大纲 课程名称：冶金工程概论 开课单位：材料与冶金学院 制订时间：2004年3月 修订时间：2013年3月
《冶金工程概论》课程教学大纲一.课程基本信息
二.内容结构 基于《冶金工程概论》课程性质，依照东北大学冶金人才培养目标，设计《冶金工程概论》课程
内容，共6章、24学时（其中2学时“职业发展规划”内容，此处未列入），具体分配如下：第一章走进冶金行业（4学时），介绍冶金行业的特点及培养冶金人才知识结构，介绍钢铁生产的现状、最新前沿研究及热点问题，介绍冶金史、历史重要人物及事件。本章的主要内容结构为： 1.1 冶金专业的选择与设置 1.1.1我们为什么选择冶金专业 1.1.2 为何设置冶金专业 1.1.3 合格的冶金工程师是什么样 1.2 怎样走进冶金领域 1.2.1 我们怎样走进冶金领域 1.2.2 在冶金领域我们应该做什么 1.3 学习冶金的任务及目的 1.4 冶金史 1.4.1 冶金工艺的发展历史：过去、现在、将来 1.4.2 我国古代和当代钢铁冶金的地位 第二章钢铁冶金概述（5学时），介绍钢铁冶炼的基本原理、工艺流程、主要设备及新一代钢铁冶金流程。本章的主要内容结构为： 2.1 钢铁冶金流程概述 2.1.1 高炉炼铁-转炉炼钢流程 2.1.2 废钢电炉炼钢流程 2.1.3 非高炉-电炉炼钢流程 2.2 高炉炼铁 2.2.1 高炉炼铁基本任务 2.2.2 高炉炼铁系统 2.2.3 高炉内的主要物理化学过程 2.3 铁水预处理 2.3.1 铁水预处理基本任务 2.3.2 铁水预处理设备及处理剂 2.4 转炉炼钢 2.4.1 转炉炼钢基本任务 2.4.2 转炉内的主要物理化学过程 2.5 电炉炼钢
教案 （理论课） 2010～2011学年第2学期 课程名称工程材料与成形技术基础教学系机械工程系 授课班级焊接091 主讲教师晏丽琴 职称讲师
培黎工程技术学院二○一一年二月课程基本情况
系主任：年月日 目录 第一章绪论 第一节材料加工概述 一、材料加工概述 二、材料加工的基本要素和流程 第二节材料成形的一些基本问题和发展概况 一、凝固成形的基本问题和发展概况 二、塑性成形的基本问题和发展概况 三、焊接成形的基本问题和发展概况 四、表面成形的基本问题和发展概况 第三节本课程的性质和任务 绪论 学习思考问题 ·材料加工的基本要素和流程是什么？ ·材料成形存在的基本问题是什么? ·本课程的性质和基本任务是什么? 一、材料加工概述 任何机器或设备，都是由许许多多的零件装配而成的。这些零件所用材料有金属材料，也有非金属材料。零件或材料的加工方法多种多样，归纳起来有以下4类： (1)成形加工：用来改变材料的形状尺寸，或兼有改变材料的性能。主要有凝固成形、塑性成形、焊接成形、粉末压制和塑料成形等。 (2)切除加工：用于改变材料的形状尺寸，主要有车、铣、刨、钻、磨等传统的切削加工，以及直接利用电能、化学能、声能、光能进行的特殊加工，如电火花加：[、电解加工、超声加工和激光加工等。 (3)表面成形加工：用来改变零件的表面状态和(或)性能，如表面形变及淬火强化、化学热处理、表面涂(镀)层和气相沉积镀膜等。
(4)热处理加工：用来改变材料或零件的性能，如退火、正火、淬火和回火等。 根据零件的形状尺寸特征、工作条件及使用要求、生产批量和制造成本等多种因素，选择零件的加工方法，以达到技术上可行、质量可靠和经济上合理。零件制成后再经过检验、装配、调试，最终得到整机产品。 二、材料加工的基本要素和流程 材料加工方法的种类虽然繁多，但通过对每种材料加工方法的过程分析表明，它们都可以用建立在少数几个基本参数基础上的统一模式来描述。该模式便于对各种加工方法进行综合分析和横向比较。 任何一种材料的加工过程，都是为了达到材料的形状尺寸或性能的变化。而为了产生这种变化，必须具备三个基本要素：材料、能量和信息（图1.2）。因而材料的加工过程，可以用相关材料流程、能量流程和信息流程来描述。 三大流程： 1.材料流程 表征加工过程特点的类型； 要改变形状尺寸和性能的材料状态； 能够用来实现这种形状尺寸和性能变化的基本过程； 2.能量流程 包括机械过程的能量流程，热过程能量：电能、化学能、机械能 3.信息流程 形状信息、性能信息
如何加快数模计算以及如何解决数模计算的收敛性问题？ 收敛性问题可以说是所有从事数模工作的人员都会面临的问题，本文将以ECLIPSE软件为例从两方面介绍收敛性问题。第一方面介绍数值模拟计算与收敛有关的一些概念。第二部分介绍如何通过修改模型数据来加速计算，解决收敛性问题。 一、数模计算的收敛性：在了解收敛性之前，应该首先了解几个基本概念： 1、报告步：一个数模作业包括多个报告步，报告步是用户设置要求多长时间输出运行报告，比如可以每个月，每季度或每年输出运行报告，运行报告包括产量报告和动态场（重启）报告。在ECLIPSE软件中，报告步是通过DATES和TSTEP关键字来设置的。 2、时间步：一个报告步包括多个时间步，时间步是软件自动设置（VIP需要用户设置）即通过多个时间步的计算来达到下一个报告步，以ECLIPSE为例，假如报告步为一个月，在缺省条件下，ECLISPE第一个时间步取一天，然后以三倍增加，即第二个时间步取三天，然后取九天，下一个时间步是17天来达到30天的报告步，然后会以每30天的时间步来计算。时间步可以通过TUNING关键字来修改。 3、非线形迭代：一个时间步包括多次非线形迭代。在缺省情况下，ECLIPSE如果通过12次的非线形迭代没有收敛，ECLIPSE将对时间步减小10倍。比如下一个时间步应该是30天，如果通过12次的迭代计算不能达到收敛，ECLIPSE将把时间步缩短为3天。下一个时间步将以1.25倍增长，即3.75天，4.68天，。。。。如果在计算过程中经常发生时间步的截断，计算将很慢。 4、线形迭代：一个非线形迭代包括多次线形迭代。线形迭代是解矩阵。 在ECLIPSE输出报告PRT文件中可以找到时间步，迭代次数的信息， STEP 10 TIME= 100.00 DAYS ( +10.0 DAYS REPT 5 ITS) (1-FEB-2008) “STEP 10” : 说明这是第10个时间步。 “TIME= 100.00 DAYS”：说明现在模拟到第100天。 “+10.0 DAYS”：说明这个时间步是10天。 “REPT" ：说明为什么选10天做为时间步，REPT是指由于到了下一个报告步。 “5 ITS": 说明此10天时间步需要5次非线形迭代。 ”(1-FEB-2008)“：现在的模拟时间。 模拟计算的时间取决于时间步的大小，如果模型没有发生时间步的截断而且能保持长的时间步，那表明该模型没有收敛性问题，反之如果经常发生时间步截断，那模型计算将很慢，收敛性差。时间步的大小主要取决于非线形迭代次数。如果模型只用一次非线形迭代计算就可以收敛，那表明模型很容易收敛，如果需要2到3次，模型较易收敛，如果需要4到9次，那模型不易收敛，大于10次的化模型可能有问题，如果大于12次，时间步将截
学生学号实验课成绩 学生实验报告书 实验课程名称材料成型数值模拟设计实验 开课学院材料学院 指导教师姓名 学生姓名 学生专业班级成型1001班 2012-- 2013学年第二学期
实验教学管理基本规范 实验是培养学生动手能力、分析解决问题能力的重要环节；实验报告是反映实验教学水平 与质量的重要依据。为加强实验过程管理，改革实验成绩考核方法，改善实验教学效果，提高 学生质量，特制定实验教学管理基本规范。 1、本规范适用于理工科类专业实验课程，文、经、管、计算机类实验课程可根据具体情况参 照执行或暂不执行。 2、每门实验课程一般会包括许多实验项目，除非常简单的验证演示性实验项目可以不写实验 报告外，其他实验项目均应按本格式完成实验报告。 3、实验报告应由实验预习、实验过程、结果分析三大部分组成。每部分均在实验成绩中占一 定比例。各部分成绩的观测点、考核目标、所占比例可参考附表执行。各专业也可以根据具体情况，调整考核内容和评分标准。 4、学生必须在完成实验预习内容的前提下进行实验。教师要在实验过程中抽查学生预习情况， 在学生离开实验室前，检查学生实验操作和记录情况，并在实验报告第二部分教师签字栏签名，以确保实验记录的真实性。 5、教师应及时评阅学生的实验报告并给出各实验项目成绩，完整保存实验报告。在完成所有 实验项目后，教师应按学生姓名将批改好的各实验项目实验报告装订成册，构成该实验课程总报告，按班级交课程承担单位（实验中心或实验室）保管存档。 6、实验课程成绩按其类型采取百分制或优、良、中、及格和不及格五级评定。 附表：实验考核参考内容及标准 观测点考核目标成绩组成 实验预习1．预习报告 2．提问 3．对于设计型实验，着重考查设计方案的 科学性、可行性和创新性 对实验目的和基本原理 的认识程度，对实验方 案的设计能力 20% 实验过程1．是否按时参加实验 2．对实验过程的熟悉程度 3．对基本操作的规范程度 4．对突发事件的应急处理能力 5．实验原始记录的完整程度 6．同学之间的团结协作精神 着重考查学生的实验态 度、基本操作技能；严 谨的治学态度、团结协 作精神 30% 结果分析1．所分析结果是否用原始记录数据 2．计算结果是否正确 3．实验结果分析是否合理 4．对于综合实验，各项内容之间是否有分 析、比较与判断等 考查学生对实验数据处 理和现象分析的能力； 对专业知识的综合应用 能力；事实求实的精神 50%
《材料加工数值模拟技术》 期末综述报告 题目：扭压复合加载之DEFORM模拟 学院：学号：姓名：指导老师：机械工程及自动化学院SY1107110 许亿 张彦华教授 2012 年6月
1 绪论 1.1课题的背景[1] 锻造成形是现代制造业中的重要加工方法之一。锻造成形的制件有着其他加工方法难以达到的良好力学性能。随着科技发展，锻造成形工艺面临着巨大的挑战：各行业对锻件质量和精度的要求越来越高，成本要求越来越低。这就要求设计人员在尽可能短的时间内设计出可行的工艺方案和模具结构。但目前锻造工艺和模具设计，大多仍然采用实验和类比的传统方法，不仅费时而且锻件的质量和精度很难提高。随着有限元理论的成熟和计算技术的飞速发展，运用有限元数值模拟进行锻压成形分析，在尽可能减少或无需物理实验的情况下，得到成形中的金属流动规律、应力场、应变场等信息，并据此设计工艺和模具，已经成为一种行之有效的手段。 锻造成形大多属于三维非稳态塑性成形，一般不能简化为平面或轴对称等简单问题来近似处理。在成形过程中，即存在材料非线性，又有几何非线性，同时还存在边界条件非线性，变形机制十分复杂，并且接触边界和摩擦边界也难以描述。应用刚(粘)塑性有限元法进行三维单元数值模拟，是目前国际公认的解决此类问题的最好方法之一。本文针对镦粗这一锻造中常用的加工方式，采用DEFORM数值模拟软件对其进行模拟，从而显现出数值模拟技术 的巨大优势。 2镦粗工艺的概述 2.1 镦粗的定义 自由锻是锻造常用的加工方法，自由锻造是利用冲击力或压力使金属在上下砧面间各个方向自由变形，不受任何限制而获得所需形状及尺寸和一定机械性能的锻件的一种加工方法，而镦粗是自由锻的一种常用加工方式，既使毛坯高度减小而横截面增大的成形工序，它可以用于以下几个方面： 1.由横截面积较小的坯料得到横截面较大而高度较小的锻件。 2.冲孔前增大坯料横截面和平整坯料端面。 3.提高下一步拔长时的锻造比。
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覆亦能在产品表面加上不同纹路，如皮纹、木纹、翡翠纹及云石纹等，同时亦可避免一般板面印花中常现的虚位。且在印刷流程中，由于产品表面不需与印刷膜接触，可避免损害产品表面及其完整性。 2. 金属拉丝直纹拉丝是指在铝板表面用机械磨擦的方法加工出直线纹路。它具有刷除铝板表面划痕和装饰铝板表面的双重作用。直纹拉丝有连续丝纹和断续丝纹两种。连续丝纹可用百洁布或不锈钢刷通过对铝板表面进行连续水平直线磨擦（如在有装置的条件下手工技磨或用刨床夹住钢丝刷在铝板上磨刷）获取。改变不锈钢刷的钢丝直径，可获得不同粗细的纹路。断续丝纹一般在刷光机或擦纹机上加工制得。制取原理：采用两组同向旋转的差动轮，上组为快速旋转的磨辊，下组为慢速转动的胶辊，铝或铝合金板从两组辊轮中经过，被刷出细腻的断续直纹。乱纹拉丝是在高速运转的铜丝刷下，使铝板前后左右移动磨擦所获得的一种无规则、无明显纹路的亚光丝纹。这种加工，对铝或铝合金板的表面要求较高。波纹一般在刷光机或擦纹机上制取。利用上组磨辊的轴向运动，在铝或铝合金板表面磨刷，得出波浪式纹路。旋纹也称旋光，是采用圆柱状毛毡或研石尼龙轮装在钻床上，用煤油调和抛光油膏，对铝或铝合金板表面进行旋转抛磨所获取的一种丝纹。它多用于圆形标牌和小型装饰性表盘的装饰性加工。 螺纹是用一台在轴上装有圆形毛毡的小电机，将其固定在桌
选课课号：(2012-2013-1)-BG11191-320401-1课程类别：必修课 《冶金工程概论》课程考核 （课程论文） 题目：论我国冶金工业的发展现状及存在的问题 学生姓名：谢安静 学号：2011443343 授课教师：张明远 班级：酒店管理11-1 教师评语： 成绩： 重庆科技学院冶金与材料工程学院 2012年11月中国重庆
论我国冶金工业的发展现状及存在的问题 谢安静酒店管理11-1 2011443343 摘要：我国冶金行业在高速发展的同时，仍然同国际先进水平存在着很大差距。面对差距，我们需要认清现状，我们应充分调动和利用各种积极因素，着力解决当前冶金行业运行和发展中的突出问题，确保其平稳较快发展。 关键词：现状、问题、发展
1.冶金工业的发展现状 1.1钢铁生产工艺流程逐步优化 20世纪90年代以来,世界钢铁工业在激烈的国际市场竞争中,由20世纪80年代以前的以扩大规模、增加产量为主转向降低消耗、降低成本、提高质量、增加品种和保护环境。博士论文，高速钢轧辊。钢铁工业技术进步的主流是缩短生产流程,减少工序,提高质量,降低消耗,提高效率。技术进步中有两大主要趋向:一是寻找可以替代传统工艺的新工艺流程的研究开发;二是现有工艺和技术装备的完善化。两大技术进步趋向互相竞争、相互渗透,促使钢铁工业不断提高钢材质量、减少消耗、降低成本、减轻对环境的污染,进一步走向集约化。 1.2新兴技术的不断发展 传统的钢铁生产工艺流程是一种“冷态”下间歇式生产的工艺流程。日本在20世纪60年代建设的10多个大型钢铁厂都是采用这种工艺流程。20世纪80年代以后,世界钢铁业已逐步将上述传统的钢铁生产工艺流程改造成为现代化“热态”连续生产工艺流程。这种工艺流程具有高效、连续、紧凑、智能等特点。20世纪80年代末期,德国、法国、日本、意大利、美国等钢铁工业发达国家开发成功接近最终钢材产品形状的连铸、连轧技术,如带钢、型钢的连铸连轧等。由于该技术具有工艺流程紧凑、生产周期短、物料消耗少、生产效率高等一系列优点,在近十多年来得到了快速发展。自从1989年世界第一条薄板坯连铸连轧生产线在美国纽柯公司克劳福兹维尔厂投产以来, 经过10多年发展,到2002年底,世界上已有38个薄板坯连铸连轧生产厂共56条生产线,总生产能力已超过5 500万吨。我国现已有5个钢铁企业建成8条薄板坯连铸连轧生产线,到目前为止又有5个钢铁企业正在建设厚板坯连铸连轧生产线,不久的将来总生产能力将达2000万吨,预计届时将占全世界同类生产线能力的1/4以上。博士论文，高速钢轧辊。2001年我国连铸比达到89.71%,已经超过了2000年的世界平均水平。2003年达到了96.96%,目前,全国重点大中型企业中,连铸比达到99%以上的企业已达41家。 带钢连铸连轧技术是世界主要钢铁生产国家正在积极开发应用的一项重大钢铁生产前沿技术,它将是21世纪钢铁生产技术的一个主要发展方向。 1.3钢铁产量不断增长
1.液态浇铸成形加工（铸造）、塑性变形加工、连接加工、粉体加工、 热处理改性、表面加工，在加工制造过程中，不仅材料的外部形状和表面状态发生改变，而且材料的内部组织和性能也发生巨大变化。——因为这类加工制造一般都需要将材料加热到一定的温度下才能进行，因而通常称又这类加工制造方法为热加工 2.另一类加工制造方法，如传统的车、铣、镗、刨、磨等切削加工， 以及直接利用电能、化学能、声能、光能等进行的特殊加工，如电火花加工、电解加工、超声波加工、激光加工等，在加工制造过程中通过去除一部分材料来使材料成形。——加工制造的目的主要是赋予材料一定的形状、尺寸和表面状态，尤其是尺寸精度和表面光洁度，而一般不改变材料的内部组织与性能——这类加工称为切削加工或去除加工——由于这种加工一般在常温下甚至往往是强制冷却到常温下进行，所以习惯上称为冷加工 3.不同的材料需要不同的适宜加工方法，同样的材料制造不同的工 件也要采用不同的加工方法。 4.铸造成形加工方法不仅可以通过合金成分的选择、熔体的改性处 理和铸造方法以及工艺的优化来改进铸件的性能，还是新材料开发的重要手段。 5.材料塑性成形是利用材料的塑性，在外力作用下使材料发生塑性 变形，从而获得所需形状和性能的产品的一种加工方法。 6.塑性变形还是消除内部气孔、裂纹等缺陷，改善组织结构，提高 材料性能的重要手段。要求高性能、高可靠性的零件往往要求采
用塑性成形加工。 7.金属的连接可以采用机械的方法、化学粘结的方法和焊接方法。 ——焊接是采用适当的手段使两个分离的固态物体产生原子（分子）间结合而连接在一起的加工方法。 8.分析各种加工方法的本质就会发现，所有加工方法均是成形与控 性的结合。
复习题(以下问题用中英文回答均可) 1.简述“材料”、“材料加工”、“材料加工数值模拟”三个概念的含义，并分别 举例说明。 材料:材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的那些物质 材料加工：采用铸造、锻压等方法将金属原材料加工成所需的形状尺寸，并达到一定的组织性能要求，又称为材料成型。 材料加工数值模拟：数值模拟即是通过数值计算得到用微分方程边值问题来描述的具体材料成型问题中工件和模具的温度场、速度场、应力场等，据此预测工件中组织性能的变化以及可能出现的缺陷；同时利用计算机图形技术将分析结果直观、动态地呈现出来，使研究设计人员能通过这一虚拟的材料加工过程检验工件的最终形状、尺寸、性能等是否符合设计要求。 2.简要说明材料加工数值模拟的发展趋势。 (1)研究对象尺度微观化 (2)模拟功能集成化（数值模拟功能已由单一的温度场、流场、应力/应变 场、组织场模拟普遍进入到耦合集成阶段） (3)模拟目的专门化（从共性、通用到专用特性） (4)重视提高数值模拟精度和速度的基础性研究 （5）重视物理模拟与精确测试技术 （6）在并行环境下，工艺模拟与生产系统其它技术环节实现集成，成为先进制造系统的重要组成部分 （7）以商业软件为基础，改进提高研究与普及应用相结合 3.定义或描述热传输的三种基本形式，并举出实例。 (1)导热：热传导是由于温度不同，在导体内存在温差或温度梯度，引起自由电子移动的结果。温差越大，自由电子的移动越激烈。 (2)对流：热对流是由运动的流体质点发生相对位移而引起热能转移的现象。它是利用不同温度的质点密度不同来传热，在流体受热密度变小而上浮的同时，冷的流体就会流过来补充，这样一个周而复始的过程，即所谓对流。（3）辐射：热辐射是物体受热后，内部原子振动而出现的一种电磁波能量传递。举例：凝固前后，高温金属----型砂空隙和大气，辐射传热； 浇注时及凝固前，液体金属内部、铸型----大气，对流传热； 凝固前后，金属内部、高温金属----铸型、铸型材料内部，传导传热。 （生活中有很多例子，可以多想几个O(∩_∩)O） 4.写出傅立叶热传导定律的数学表达式，写出对流换热基本公式、辐射换热基 本公式，并解释说明公式中符号所代表的物理量。 傅利叶热传导定律（单向稳态方程）：q = ?k （dT/dx） k-导热系数，thermal conductivity，单位：W/mK； q-热流密度或热通量，heat flux，单位：W/m2； dT/dx-温度梯度，temperature gradient，单位：K/m; 对流计算基本公式（牛顿定律）：
我国国内连铸结晶器数值模拟近况 摘要：本文就近年来我国在连铸铸坯在结晶器内热力生长行为方面的数值模拟研究做了一个简要的概述，着重叙述了几种常用的方法及各自的特点。 关键词：连铸，结晶器，数值模拟 1 前言 鉴于钢铁生产的特殊原因和现实检测手段的限制，我们只能通过相似原理的水模拟和数值模拟来研究现场的工艺过程。由于数学计算方法和相应大型计算软件的发展，数值模拟在冶金工业的应用得到了空前发展。数值模拟相对于其他方法具有用时短、节省人力、物力，尤其是可大幅度的改变各种参数的范围，对研究工艺过程，改进工艺方案，甚至是开发新工艺，有着得天独厚的条件。本文着重总结了近年来在我国人们对钢水在结晶器中的凝固行为过程的温度场和应力场方面的数值模拟。随着人们对结晶器中钢水凝固行为的研究，相关的数值模拟越来越全面，越来越细致，可谓是硕果累累。 结晶器是连铸机中的核心技术，被称为连铸机的心脏。结晶器内钢水的、传热和应力变形行为对连铸工艺以及铸坯质量有着重要影响，结晶器内初生坯壳的温度场、应力场及变形分布影响着连铸工艺的顺行和铸坯质量的提高。同时，研究结晶器内钢水的流场、温度场、应力场及变形对结晶器的设计和生产也有着重要的指导意义。 2 结晶器数值模拟的现状 王刚恩等[1]通过有限元方法模拟研究了角部气隙的产生对钢水凝固行为和出生坯壳力学行 为的影响。王哲等[2]建立的有限元数学模型，采用热通量系数法反映实际的坯壳角部凝固特征现象，并在方坯验证的基础上对H连铸坯的凝固行为进行了数值模拟。康丽等[3]建立了三维稳态模型，模拟出了整个结晶器内的热和力学状态，研究了坯壳产生裂纹的可能性和结晶器锥度对气隙产生的影响。张炯明等[4]建立数学模型来研究结晶器的合理锥度，建立了热力直接耦合模型对气隙的生成、大小做了动态分析。荆德君等[5]建立了完全热力耦合的二维热-热弹塑性有限元模型，为优化结晶器锥度，高拉速曲面结晶器提供理论依据和技术基础。张家泉等[6]模拟了板坯结晶内钢水的凝固温度分布和结晶器变形。陈志平等[7]利用MSC.Marc 接触理论建立了连铸结晶器内热和应力状态的有限元耦合分析模型。崔立新等[8]再考虑结晶器水槽结构尺寸和分布的基础上建立了热和应力的耦合模型。兰岳光等[9]通过调整气隙厚度模拟结晶器角部锥度变化, 使用有限单元法计算出不同锥度下方坯坯壳内的温度及应力场, 明确了结晶器角部锥度对方坯温度及应力分布的影响。谢严敏等[10]模拟了不同结晶器铜板厚度的应力，结晶器壁越薄，变形越严重，应力越大。得出了合适的结晶器厚度为10mm。张立夫等[11]建立二维完全热力耦合的有限元分析模型，研究划分沟槽对坯壳形成过程的影响。 3 几种计算模型的分析 由于连铸结晶器的传热特点，在传热过程当中铸坯的横向传热远远大于拉坯方向的传热，故而在研究结晶器坯壳凝固行为的数值模型常用二维切片法进行研究。 (1) 计算模型只计算结晶器区域内的钢水和铸坯坯壳，不包括结晶器器壁。对于铸坯坯壳与保护渣和结晶器器壁的传热边界条件，采用平均热流量法，常用的平均热流量有Savage 提出的见公式(1)：
钢铁材料的加工过程 埃菲尔铁塔的浪漫美、鸟巢的自然美无不显示出钢铁材料在现实生活中的巨大作用。钢铁材料是人类经济建设和日常生活中所使用的罪重要的结构材料和产量最大的材料，是人类社会进步所依赖的重要物质基础。钢铁工业是为机械制造和金属加工、颜料动力、化学工业、建筑业、宇航与军工，以及交通运输业、农业等部门提供原材料和钢铁产品的重要基础工业。在世界上，不论是发达国家还是发展中国家，都非常重视发展钢铁工业，因为它是国家工业化的支柱。没有强大的钢铁工业，要实现工业化的社会是困难的。因此在一个相当长的历史时期，钢铁工业发展程度如何，是衡量一个国家工业化水平高低的重要标志之一。总之，钢铁材料是人类社会的基础材料，是社会文明的标志。那么，钢铁材料是如何从矿石加工成产品的呢？ 大多数钢铁材料的加工过程可分为五个步骤：矿石的冶金、熔炼、铸造、锻造或者轧制、热处理。 首先是矿石的冶金，选矿是冶炼前的准备工作，从矿山开采下来矿石以后，首先需要将含铁、铜、铝、锰等金属元素高的矿石甄选出来，为下一步的冶炼活动做准备。选矿一般分为破碎、磨矿、选别三部分。为了保证供给高炉的铁矿石中铁含量均匀，并且保证高炉的透气性，需要把选矿工艺产出的铁精矿制成10-25mm的块状原料。铁矿粉造块目前主要有两种方法：烧结法和球团法。两种方法所获得的块矿分别为烧结矿和球团矿。高炉生产前的准备除了准备铁矿石（烧结矿和球团矿）外，还需要准备好必需的燃料--焦炭。焦炭是高炉冶炼的主要燃料，焦炭在风口前燃烧放出大量热量并产生煤气，煤气在上升过程中将热量传给炉料，使高炉内的各种物理化学反应得以进行。高炉炼铁生产是冶金(钢铁)工业最主要的环节。高炉冶炼是把铁矿石还原成生铁的连续生产过程。铁矿石、焦炭和熔剂等固体原料按规定配料比由炉顶装料装置分批送入高炉，并使炉喉料面保持一定的高度。焦炭和矿石在炉内形成交替分层结构。矿石料在下降过程中逐步被还原、熔化成铁和渣，聚集在炉缸中，定期从铁口、渣口放出。高炉生产是连续进行的。转炉炼
复习题(以下问题用中英文回答均可) 1.简述“材料”、“材料加工”、“材料加工数值模拟”三个概念的含义，并分别举例说明。 材料:材料是人类用于制造、器件、构件、机器或其他产品的那些物质 材料加工：采用铸造、锻压等方法将金属原材料加工成所需的形状尺寸，并达到一定的组织性能要求，又称为材料成型。 材料加工数值模拟：数值模拟即是通过数值计算得到用微分方程边值问题来描述的具体 材料成型问题中工件和模具的温度场、速度场、应力场等，据此预测工件中组织性能的变化以及可能出现的缺陷；同时利用计算机图形技术将分析结果直观、动态地呈现出来，使研究设计人员能通过这一虚拟的材料加工过程检验工件的最终形状、尺寸、性能等是否符合设计要求。 2.简要说明材料加工数值模拟的发展趋势。 (1)研究对象尺度微观化 (2)模拟功能集成化（数值模拟功能已由单一的温度场、流场、应力/应变场、组织 场模拟普遍进入到耦合集成阶段） (3)模拟目的专门化（从共性、通用到专用特性） (4)重视提高数值模拟精度和速度的基础性研究 （5）重视物理模拟与精确测试技术 （6）在并行环境下，工艺模拟与生产系统其它技术环节实现集成，成为先进制造系统的重要组成部分 （7）以商业软件为基础，改进提高研究与普及应用相结合 3.定义或描述热传输的三种基本形式，并举出实例。 (1)导热：热传导是由于温度不同，在导体内存在温差或温度梯度，引起自由电子移动的结果。温差越大，自由电子的移动越激烈。 (2)对流：热对流是由运动的流体质点发生相对位移而引起热能转移的现象。它是利用不同温度的质点密度不同来传热，在流体受热密度变小而上浮的同时，冷的流体就会流过来补充，这样一个周而复始的过程，即所谓对流。 （3）辐射：热辐射是物体受热后，内部原子振动而出现的一种电磁波能量传递。 举例：凝固前后，高温金属----型砂空隙和大气，辐射传热； 浇注时及凝固前，液体金属内部、铸型----大气，对流传热； 凝固前后，金属内部、高温金属----铸型、铸型材料内部，传导传热。（生活 中有很多例子，可以多想几个O(∩_∩)O） 4.写出傅立叶热传导定律的数学表达式，写出对流换热基本公式、辐射换热基本公式， 并解释说明公式中符号所代表的物理量。 傅利叶热传导定律（单向稳态方程）：q = k （dT/dx） k-导热系数，thermal conductivity，单位：W/mK； q-热流密度或热通量，heat flux，单位：W/m2； dT/dx-温度梯度，temperature gradient，单位：K/m;
材料加工数值模拟 论文 专业：材料加工 姓名：闫禹伯 学号：2013432109
目录
第一章．铸造过程的数值模拟分析 传统铸件的生产是根据经验确定铸造工艺，先试浇铸，检验试样是否存在浇铸缺陷，如有则修改工艺方案，然后重复上述过程，直至获得合格铸件。由于这种方法必须在浇铸后才能对铸件工艺是否合理进行评价，因而该方法存在设计周期长、生产成本高、效率低等缺点；而且得到的往往不是最终铸造工艺，对于大型或复杂形状铸件该缺点显得更加突出。铸造CAE模拟技术是利用计算机技术来改造和提升传统铸造术，对降低产品的成本、提高铸造企业的竞争力有着不可替代的作用。 一．铸造过程数值模拟的发展现状 计算机技术的飞速发展，已使其自电力发明以来最具生产潜力的工具之一，数字化时代正一步步向我们走来。计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工程分析（CAM）和计算机辅助制造（CAE）等技术在材料科学领域的应用正在不断扩大和深入，已经成为材料科学领域的技术前沿和十分活跃的研究领域。就铸造领域而言，铸造过程数值模拟已经成为计算机在铸造研究和生产应用中最为核心的内容之一，涉及铸造理论、凝固理论、传热学、工程力学、数值分析、计算机图形学等多个学科[1-5]，是公认的材料科学的前沿领域。 铸造过程数值模拟技术经过了四十年的发展历程，其间，从简单到复杂、从温度场发展到流动场、应力场，从宏观模拟深入到微观领域，从普通的重力铸造拓展到低压、压铸等特种铸造，从实验室研究进入到工业化实际应用。特别是近些年来，在包括计算机硬件、软件、信息处理技术以及相关学科的强有力的支持下，数值模拟技术在人类社会的各个领域得到了广泛的应用，取得了长足的进步。如果说10年前，大多数铸造技术人员对模拟仿真技术还抱有观望、怀疑的态度的话，那么10年后的今天，已有众多的企业纷纷采用数值模拟技术，应用于实际生产。目前欧美日等西方发达国家的铸造企业普遍应用了模拟技术，特别是汽车铸件生产商几乎全部装备了仿真系统，成为确定工艺的固定环节和必备工具。上世纪90年代中后期以来，国内铸造厂家逐渐认识到其重要性，纷纷引入该技术，目前已有超过200家铸造企业拥有模拟仿真手段，在实际生产中起到了较为
高分子材料加工工艺
高分子材料加工技术复习提纲 一、填空题 1.大材料包括（金属）、（非金属）、（高分子）。 2.高分子材料加工前，原料的状态可分为（粉状）、(粒料)、(溶液)、(分 散体）。 3.成型加工后进行的处理有(调温)、(调湿)、(调温调湿)。 4.塑料可分为(热塑性)塑料、（热固性）塑料两大类。 5.塑料的三态：（玻璃态）、（高弹态）、（粘流态）。 6.高分子材料热机械特性与成型加工的关系(6个空)。 二、名词解释 1.挤出成型：挤出成型时预处理过的物料经料斗加入挤出机中，在外部加热和内摩擦生热作用下以流动状态通过口模成型的方法。
2.注塑成型 ：注塑成型是将热塑性塑料先在加热机筒中均匀塑化，然后由螺杆或柱塞推压到闭合的模具型腔中，经冷却定型后得到所需的塑料制品的过程。 3.焦烧：橡胶分子在贮存和生产过程中提前硫化的现象. 4.喷霜：橡胶助剂渗出制品表面的现象。 5.塑料：相对分子量在10000以上，以高分子化合物为基本成分，添加助剂能够自由成型的一类材料的总称。 6.橡胶：橡胶是一种高弹性的高分子化合物，是无定形的高聚物。 7.弹性体：材料在受力发生大变形再撤出外力后迅速回复其近似初始形状和尺寸的材料。 8.相溶性：聚合物的共混物制品在预期的使用期内，其组分始终不析出或者不分层。 三、 简答题 1.简述塑料挤出造粒的工艺流程及影响因素。 原料预处理 配料挤出机头成型冷却 牵引造粒 2.简述塑料挤出成型的工艺流程并阐述影响注塑成型的主要因素。 3.简述橡胶配方的五大体系。 生胶体系、硫化促进活化体系、补强填充体系、防老体系、增塑体系 4.简述压缩模塑的工艺流程及其影响因素。 加料闭模排气固化脱模 清理模具 影响因素：模压压力、模压温度、模压时间。 口模 冷却定型 原料预处理电、加热、内摩擦生热
实验报告 塑性成型过程的数值模拟 班级：机自07 姓名：欧阳罗辉 学号：10011170 2012年12月
一、实验目的： 通过本实验的教学，使学生基本掌握有限元技术在板料塑性成形领域的应用情况，拓宽学生的知识面，开阔视野，使学生对塑性成形过程的数值模拟技术有深刻的理解，预测板料弯曲成形的性能。 二、教学基本要求： 学会使用Dynaform数值模拟软件进行板料弯曲成形过程的仿真模拟，对模拟结果具有一 定的分析和处理能力。 三、实验内容提要： 掌握前处理的关键参数设置，如零件定义、网格划分、模型检查、工具定义、坯料定义、 工具定位和移动、工具动画、运行分析。了解后处理模块对模拟结果的分析，如读入d3plot 文件、动画显示变形和生成动画文件、成形极限图分析、坯料厚度变化分析等。 四、软件操作过程: 1. 导入压边圈、板料、下模板、上模板图形文件 点击File —Import，出现Import File 对话框，找到“ L型弯曲零件图” 选中binder.igs,点击Import，如此，依次导入四个模型文件，最后点击“确定”确认
四个模型导入后，结果如图 2. 重命名文件 点击PartLEdit ，出现Edit Part 对话框，这里便要依次更改文件名 首先选用红色文件名“ cOOIvOOO 1 ”，在上面的Name 对话框中输入binder ，然后点击 Modify ，以此类推输入 banker 、die 、punch 。 Edit Part 3. 对各图形文件划分有限元网格 1. Binder 零件网格划分
n 点击口图标，出现Part Turn。。。对话框，依次单击banker 2, die 3, punch 4,它们都会被取消选中，只留下binder 1被显示，点击0K确定。然后点击右下角的Current Part，弹出Current Part对话框，选择binder 1，点击OK确定。 点击Preproces L Element，弹出Element对话框，选择Part Turn On/Off Select by Cursor 第四个图标（自动模式），将Max Size改为10，点击Select Surfaces点击Displayed Surf，点击OK，点击Apply，点击Yes,点击Exit，点击OK，于是第一个零件网格划分完 成。 2. Banker零件网格划分 n 点击i□图标，取消Binder 1零件的显示，添加Banker 2 Select Dy Name All On |AllOfi OK Undo F Only SeledOn 零件的显示，点击OK确定。然后点击右下角的Current Part图标，将当前零件选成Banker 2, 点击OK确定。 点击Preproces A Element,弹出Element对话框，选择第三个图标，弹出Control Keysto ne对话框，点击POINTS/NODES，弹出In put Coo。。。对话框，选中Poi nt,然后在绘图区沿顺时针或者逆时针方向依次选中Ba nker零件的四个顶点，如下图所示
金属成型过程数值模拟 上 机 实 验 报 告 专业：材料成型及控制工程 班级：型0842 姓名： 姚守冠 学号：081841106 实验名称：中厚板二辊粗轧第一道轧制过程数值模拟仿真 指导教师：沈晓辉、杨森、曾国成等 上机实验时间： 2011年5月24日 报告完成日期：2011年6月1日 上机实验地点：教三507 金属塑性成型数值模拟系统：硬件配置 软件系统 MSC. Autoforge 3.1 一、实验原理（参考教材相关章节） 金属成型过程有限元分析的基本思想、计算步骤 MSC. Autoforge 功能简介、分析步骤 二、实验条件和要求 2参数与要求 2.1 上机题目 中厚板二辊粗轧第一道轧制过程数值模拟仿真 已知参数如下： 轧辊直径：840mm ，辊身长度：2500mm ，转速：80 rpm ； 轧件入口厚度：180mm ，宽度：1800mm ，长度：1000mm ； 轧制方式：纵轧，压下量：36mm （=?H H 20%）， 轧件材质：C22 开轧温度：1250℃（温度均匀）。
2.2 要求 用有限元法对轧制过程进行3-D 弹塑性力学分析，并给出以下结果： （1）最终轧制状态图 （2）分析轧件最大宽展量B ?（mm ）并给出稳定轧制时的相对宽展量%??B B ； （3）评估稳定轧制时的单位压力p （MPa ）； （4）打印轧制力随时间的变化图，并指出最大轧制压力max P （kN ）。 三、实验过程 1、有限元分析模型的建立（插图：图1 有限元分析模型图） 陈述建模过程，从进入主菜单开始，按顺序完成前处理的所有参数设置和 定义 3.1 文件操作 在开机后，进入分析系统前，先在D 盘下建立自己的文件夹。文件夹名必须为自己的学号，如你的学号为029014145，则文件夹名为029014145。建立的方法是在桌面上双击“我的电脑”，打开D 盘，建立新文件夹，然后将“新建文件夹”改为自己的学号。 3.2 进入分析系统 用鼠标双击桌面AutoForge 3.1 SP1图标，进入分析系统的主菜单，然后选择三维力学分析。 用鼠标左键点击3-D ANALYSIS 中按钮MECHANICAL 即可。进行上述操作后即进入三维力学分析的主菜单。
西安交通大学 “材料加工模拟与仿真”课程教学大纲 英文名称：Simulation and Numerical Analysis in Materials Processing 课程编码：MA TL4060 学时：24 学分：1.5 适用对象：材料科学与工程专业本科生 先修课程：材料科学基础、材料制备与成形 使用教材及参考书： 陈立亮主编，《材料加工 CAD/CAM基础》，机械工业出版社，2003年 靳玉春主编，《成型过程数值模拟》，兵器工业出版社，2004年 董湘怀主编，《材料成形计算机模拟》，机械工业出版社出版社，2002年 张凯锋主编，《材料热加工过程的数值模拟》，哈尔滨工业大学，2001年 牛济泰主编，《材料和热加工领域的物理模拟技术》，国防工业出版社出版社，1999年 一、课程性质、目的和任务 本课程是向材料专业材料加工方向的高年级本科生介绍现代计算机模拟和仿真技术在材料加工中应用的专业课程。 通过本课程的学习，使学生初步掌握模拟与仿真的概念，培养高级的材料加工研究专门人才。 本课程在教学内容方面着重基本知识、基本理论和基本方法；在培养学生的实践能力方面，着重计算机软件高级开发能力的基本训练。本课程将介绍材料热加工数值模拟的基本知识，包括基本理论、方法、应用等。重点介绍材料热加工中的温度场、应力应变场、流场以及扩散方面的数值模拟与仿真内容。 二、教学基本要求 通过本课程的学习使学生能了解和掌握材料加工模拟与仿真的基础理论和应用技术，为进一步深入学习及从事材料加工研究和应用打下良好的基础。
三、教学内容及要求 第一章：模拟与仿真的基本原理 1. 材料成形数值模拟概述 2. 有限差分方法介绍 3. 有限元方法介绍 第二章：材料加工温度场数值模拟 1. 温度场及传热的基本概念 2. 传热问题的数值计算 3．温度模拟在材料热加工中的应用 第三章：材料热加工过程的应力应变场数值模拟 1. 材料热加工过程的固体应力应变数值分析的基本问题和基本方法 2. 弹性平面问题的有限元法 3. 弹塑性平面问题的有限元法 4. 热弹塑性有限单元法 5．大变形弹塑性有限单元法 第四章：金属热成形过程流场数值模拟 1. 金属液充型过程数值模拟 2. 充型流动的数学模型及数植模拟的前处理 3．数学模型的离散 4．边界条件 5 数值稳定性条件 6．固相析出的处理 第五章：金属中的扩散及扩散过程的数值模拟 1. 扩散的原子理论 2. 扩散过程的宏观描述 3．扩散系数的理论计算与实验测定方法
设计材料及加工工艺（章节总结）
第一章概论 1.1设计与材料 纵观人类的进化史，与人类的生活和社会发展密不可分的有很多因素，其中材料的的开发、使用和完善就是其中之一。 材料是人类生产各种所需产品和生活中不可缺少的物质基础。可以说我们生活的周围任何物品都离开材料。 材料科学的发展，使产品形态产生了根本变化，材料的发展，更是推动了人们生活的进步。 1.2产品造型设计的物质基础 材料在产品造型设计中，是用以构成产品造型，不依赖于人的意识而客观存在的物质，所以材料是工业造型设计的物质基础。 工艺：材料的成型工艺、加工工艺和表面处理工艺。是人类认识、利用和改造材料并实现产品造型的技术手段。 材料与工艺是设计的物质技术条件，与产品的功能、形态构成了产品设计的三大要素。而产品的功能和造型的实现都建立在材料和工艺上。 1.3材料设计 1.材料设计的内容 产品造型中的材料设计，以“物—人—环境的材料系统为对象，将材料的性能、使用、选择、制造、开发、废弃处理和环境保护啊看成一个整体，着重研究材料特性与人、社会、环境的协调关系，对材料的工学性，社会性、经济性、历史性、生理性、心理性和环境性等问题进行平衡和把握，积极评价各种材料在设计中的使用和审美价值，是材料的特性和产品的物理功能和犀利功能达到高度的和谐统一，是材料具有开发新产品和新功能的可行性，并从各种材料的质感中获取最完美的结合和表现，给人以自然，丰富、亲切的视觉和触觉的综合感受。产品造型的材料选择中，我们不仅要从材料本身的角度考虑材料的功能特性，还要考虑整个材料设计系统。 材料设计的方式 出发点：原材料所具有的特性与产品所需性能之间的比较。 两种主要方式：(从产品的功能用途出发，思考如何选择和研制相应材料(从原料出发，思考如何发挥材料的特性，开拓产品的新功能，甚至创造全新的产品。 材料与产品的匹配关系 产品设计包含功能设计、形式设计，在产品设计中都要匹配。 材料性能的三个层次：核心部分是材料的固有性能；中间层次世人的感觉器官能直接感受的材料性能；外层是材料性能中能直接赋予视觉的表面性能。 产品功能设计所要求的是与核心部分的材料固有性能相匹配，而在产品设计中除了材料的形态之外，还必须考虑材料与使用者的触觉、视觉相匹配。 1.4设计材料的分类 1.按材料的来源分类：①天然材料②技工材料③合成材料④复合材料⑤智能材料或应变材料按材料的物质结构分类：①金属材料②无机材料③有机材料④复合材料 按材料的形态分类：①线状材料②板状材料③块状材料 1.5材料特性的基本特性 从材料特性包括:①材料的固有特性，即材料的物理化学特性②材料的派生特性，即材料的加工特性材料的感觉特性和经济特性。 特性的综合效应从某种角度讲决定着产品的基本特点。 1.5.1材料特性的评价 材料特性的评价：①基础评价，即以单一因素评价②综合评价，即以组合因素进行评价。