材料学的多尺度模拟与应用

《材料学的多尺度模拟与应用》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。《材料学的多尺度模拟与应用》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。

目录
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 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
6.3.1 TiAl合金剪切变形和结构演化的多尺度模拟 190
6.3.2 P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
7.2.1 O/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
7.3.1 Al-F反应力场参数的优化研究 226
7.3.2 Al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