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| 編輯推薦： |
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本书主要内容包括绪论、弹性力学及其有限元法概要、简单应力状态下的塑性理论、复杂应力状态下的塑性理论、弹塑性问题的有限元分析方法、传热学理论及其有限元法、热力耦合理论及其数值方法、数值模拟软件基础、基于Abaqus的增材制造过程热力耦合模拟以及基于Simufact的增材制造过程热力耦合模拟。
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| 內容簡介： |
本书是适应增材制造工程本科专业对增材制造过程进行仿真教学与实践的需求而编写的，旨在促进学生对增材制造过程温度场和应力场演变规律及其数值建模与分析的深入理解，提高学生理论与实践相结合的能力并激发学生的创新意识。來源：香港大書城megBookStore,http://www.megbook.com.hk
本书主要内容包括绪论、弹性力学及其有限元法概要、简单应力状态下的塑性理论、复杂应力状态下的塑性理论、弹塑性问题的有限元分析方法、传热学理论及其有限元法、热力耦合理论及其数值方法、数值模拟软件基础、基于Abaqus的增材制造过程热力耦合模拟以及基于Simufact的增材制造过程热力耦合模拟。
本书理论结合实际，实用性强，实例编写由浅入深、循序渐进，可作为增材制造工程、焊接技术与工程、材料成型及控制工程等相关专业数值模拟课程的教材，也适合于数值模拟方面的初学者作为入门学习的资料，同时还可供有关企业工程技术人员参考。
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| 關於作者： |
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刘其鹏副教授自2012年至今一直从事计算力学以及制造过程数值模拟等方面的教学工作，先后讲授《工程力学》《材料力学》《弹塑性力学》《材料加工冶金传输原理》《有限元基础及应用》《焊接过程数值模拟》等课程。授课对象以本科生为主，包括部分研究生，年均授课150学时以上。目前担任增材制造工程本科专业的《有限元分析基础》和《增材制造过程仿真》两门必修课程负责人。曾获学院教学比赛二等奖，指导国家级大学生创新创业项目一项、校级重点大学生创新创业项目一项、校级一般大学生创新创业项目多项；指导本科生发表研究论文一篇；指导多组本科生参加结构设计竞赛，获校级一、二、三等奖若干项。编著《有限元分析上机实践指导教程》（校级自编教材）一部。
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| 目錄：
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前言
第1章绪论1
1.1增材制造的概念1
1.2增材制造的分类1
1.2.1非金属增材制造技术1
1.2.2金属增材制造技术2
1.2.3其他分类方式4
1.3增材过程的复杂性4
1.4数值模拟的基本概念与步骤6
1.5数值方法与数值模拟软件6
1.5.1数值方法6
1.5.2模拟软件7
1.6本书内容及学习方法8
习题9
第2章弹性力学及其有限元法概要10
2.1弹性力学的基本假设10
2.2弹性力学控制方程11
2.2.1平衡方程11
2.2.2几何方程12
2.2.3物理方程13
2.3弹性力学控制方程的向量-矩阵形式14
2.4边界条件与边值问题15
2.5弹性力学控制方程的等效积分弱形式15
2.5.1虚功原理15
2.5.2最小势能原理16
2.6弹性力学问题的有限元方法17
2.6.1有限元法的要点和特性17
2.6.2弹性力学问题有限元列式18
习题19
第3章简单应力状态下的塑性理论21
3.1塑性力学简介21
3.2单轴试验22
3.3静水压力试验24
3.4单轴应力-应变关系的简化模型25
3.5描述塑性行为的几个基本概念26
3.5.1屈服函数与屈服条件26
3.5.2加卸载准则26
3.5.3加载历史与硬化规律27
3.6真应力与真应变29
3.7塑性变形的物理基础29
习题35
第4章复杂应力状态下的塑性理论36
4.1研究方法简介36
4.2应力张量分析37
4.3应变张量分析41
4.4弹性本构关系的进一步分析43
4.5屈服条件44
4.5.1屈服条件的概念及其几何特征44
4.5.2两种常用的屈服条件45
4.6加载条件、内变量与一致性条件46
4.6.1加载条件46
4.6.2内变量47
4.6.3一致性条件47
4.7硬化模型48
4.7.1等向硬化模型48
4.7.2随动硬化模型49
4.7.3混合硬化模型49
4.8Drucker公设与加载面特性49
4.8.1Drucker公设49
4.8.2加载面外凸性和正交流动法则51
4.9加卸载准则52
4.10塑性本构关系的增量理论表达式53
4.10.1塑性本构关系的增量和全量理论概述53
4.10.2增量理论的一般表达式54
4.10.3理想弹塑性材料的增量本构关系54
4.10.4硬化材料的增量本构关系55
4.10.5关于增量理论的讨论57
习题58
第5章弹塑性问题的有限元分析方法59
5.1非线性方程组的解法59
5.1.1直接迭代法59
5.1.2Newton-Raphson方法60
5.1.3增量法62
5.1.4收敛准则63
5.2塑性增量理论的边值问题63
5.3有限增量形式的基本方程64
5.4弹塑性增量有限元格式65
5.5弹塑性状态的确定和本构关系的积分67
5.5.1确定弹塑性状态的一般算法步骤67
5.5.2本构关系的积分68
5.6单元刚度矩阵的数值积分69
5.7弹塑性问题快速求解方法69
习题69
第6章传热学理论及其有限元法71
6.1传热基本方式71
6.2传热学控制方程及定解条件72
6.2.1传热学控制方程72
6.2.2物性参数分析74
6.2.3定解条件74
6.3计算传热学75
6.3.1稳态导热问题的有限元方法75
6.3.2瞬态导热问题的有限元方法78
6.3.3一阶常微分方程组的求解方法79
6.3.4瞬态导热问题数值解的稳定性80
6.3.5物性参数随温度变化的考虑82
习题82
第7章热力耦合理论及其数值方法83
7.1热力耦合问题概述83
7.2热弹性基本方程及其有限元方法84
7.2.1线性热应力理论84
7.2.2热弹性问题的有限元列式85
7.2.3温度单元和应力单元的匹配问题86
7.3热弹塑性问题86
7.3.1热弹塑性本构关系86
7.3.2热弹塑性有限元格式88
习题89
第8章数值模拟软件基础90
8.1Abaqus软件介绍90
8.1.1Abaqus功能及特点90
8.1.2Abaqus分析步骤91
8.1.3Abaqus软件界面91
8.1.4Abaqus单位制92
8.1.5Abaqus中的文件类型及功能93
8.1.6Abaqus中的单元97
8.1.7Abaqus帮助文档98
8.1.8更改工作路径99
8.2Simufact软件简介99
8.2.1Simufact.Forming99
8.2.2Simufact.Additive100
8.2.3Simufact.Welding100
8.3简单问题的建模与分析实例104
8.3.1塑性行为的拉伸试验建模及仿真104
8.3.2稳态传热和瞬态传热问题111
8.3.3热应力问题的有限元分析120
习题127
第9章基于Abaqus的增材制造过程热力耦合模拟128
9.1热源分类及公式128
9.1.1高斯面热源128
9.1.2双椭球体热源130
9.1.3旋转体热源130
9.1.4面-体复合热源131
9.2温度场模拟133
9.2.1固定热源的瞬态传热过程133
9.2.2固定热源的稳态传热过程139
9.2.3移动热源建模及温度场模拟142
9.2.4考虑材料动态添加过程的温度场模拟144
9.3热应力模拟150
9.3.1固定热源下的应力场150
9.3.2移动热源下的应力场153
9.3.3考虑材料添加的应力场154
习题155
第10章基于Simufact的增材制造过程热力耦合模拟156
10.1实例156
10.2温度场模拟156
10.3应力场模拟166
习题168
参考文献169
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| 內容試閱：
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随着科学技术的不断发展，人们所面对的工程实际问题也越来越复杂。针对复杂工程问题，实验研究通常需要耗费大量的人力和物力，且对于很多复杂的现象和过程，往往难以通过试验手段给出深入、系统的测试和研究。理论分析在建立变量之间的函数关系、获得控制方程方面取得了巨大成功，但是想要通过理论分析求得复杂微分方程（组）的解析解往往是不可能和不现实的。随着计算机软硬件技术和数值计算理论与方法的不断发展和完善，数值模拟已成为现代科学研究的重要方法。基于数值模拟，可以获得各类大型、复杂工程问题具有足够精度的近似解，从而对工程实际问题进行预测和指导。数值模拟的科学性已得到实践检验和广泛认可，而其研究和应用的重要性和必要性也已被各个领域的科技工作者所认知和重视。有限元方法作为基本的数值模拟方法之一，已在航空航天、汽车、船舶等各个工业领域的结构性能分析、结构优化设计以及工艺仿真等方面得到了广泛发展和应用。
增材制造是将零件的三维模型离散化，在热源的作用下不断将原始材料逐层堆积成形的。由于过程中高能热源的不断移动与交替变化，导致增材制造过程具有多方面的复杂性。增材制造过程涉及宏观上的温度场、残余应力和翘曲变形，介观上的熔池流动及气孔、未熔合等内部缺陷的形成与演化，以及微观上的枝晶生长和转化等。正是增材制造的多物理场耦合和多尺度过程的复杂性，使数值模拟技术已经成为深刻理解增材制造成形过程、科学指导增材工艺及结构设计的一个重要手段。有限元方法的实施和应用，通常需要借助相应商业或自开发软件来实现，现有的软件主要分为通用软件和专用软件两大类。Abaqus是国际上最先进的大型通用有限元计算分析软件之一，具有强大的计算功能和广泛的模拟性能，拥有大量不同种类的单元模型、材料模型和分析类型等，无论是简单的线性问题，还是包含多种材料、承受复杂的机械和热载荷的过程，以及变化的接触条件等非线性问题，都能够得到令人满意的结果。Simufact作为一款基于有限元的焊接仿真专用软件，其有限元计算适用于模拟材料的弹塑性行为，还可以考虑相变以及热力耦合等，最新的求解器技术和用户友好的交互界面允许有效地计算焊接及增材序列，并可实时预测组件的应力和变形。
“增材制造过程建模与仿真”是增材制造工程专业一门重要的必修和特色课程。通过本课程的学习，学生可以掌握有限元方法及其在增材制造过程热力学问题分析中的应用，为未来从事相关技术工作打下良好的基础。“理论与实践相结合”是本课程的主要特点，为了加强学生对理论与方法的理解和应用，在理论授课的同时可安排一定学时的基于商用软件的实践操作课程。
经调研，相关书籍要么侧重于理论基础的介绍，具有相当的难度、深度和广度，要么偏重于软件及其应用的介绍，内容较为宽泛，针对性不强，目前尚未有针对增材制造过程进行热力仿真、适用于本科生及研究生教学的教材，不能满足该专业学生的学习需求。本书是在综合考虑增材制造工程专业培养目标、课程教学特点以及学生学习特点的基础上编写的，详细介绍了有限元方法在增材制造过程热力学问题分析中的应用，并尝试通过“问题”驱动的方式激发学生思考与尝试。本书由南昌航空大学刘其鹏、陈玉华主编，刘其鹏、陈玉华负责全书的结构设计、内容安排以及部分理论内容及案例分析的撰写，高月华、吴昌鼎以及牛鹏亮分别负责部分章节的撰写工作。此外，李雯、唐淼、江俊杰在实例的搜集和整理、图形处理及文字校核方面做了很多工作。
本书作为一本相关专业课的基础教程，在内容安排上力图尝试将理论基础与实际应用相结合，希望学生能够做到理论与实操并重，从而打下坚实的数值模拟基础。但是，由于编者水平有限，恐难以达到预期效果，且文中难免会有疏漏和不当之处，敬请广大读者批评指正，本书编者后续会不断努力改进。
本书的编写参考了有关文献，在此向这些文献的作者表示感谢。
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