材料科学中的信息技术应用基础 课件 第15讲 材料加工过程中的模拟软件

计算机在材料科学中的应用第15讲信息技术在材料科学数学建模与模拟计算中的应用Matlab软件的应用材料加工过程中的模拟软件信息技术在材料加工与检测中的应用1.材料加工中的信息技术2.材料检测中的信息技术

在欧美各高等学校，Matlab成为线性代数、自动控制理论、数字信号处理、时间序列分析、动态系统仿真、图像处理等诸多课程的基本教学工具，成为本科生、硕士生和博士生的必须掌握的基本技能。在设计研究单位和工业部门，Matlab已被广泛地用于研究和解决各种具体的工程问题。可以预见，Matlab将在我国科学研究和工程应用中发挥越来越大的作用。采用较为简洁的编程语言进行数值计算和绘图，从而解决各种具体的工程问题。Matlab软件的应用简介Matlab软件的应用组成Matlab软件的应用

语法规则简单（语言更接近于常规数学表示）

MATLAB基本的语言环境提供了数以千计的计算函数。

平台无关性（可移植性）。无论你在哪一个平台上编写的程序或者绘制的图像都可以运行在其它平台上。

MATLAB是一种脚本式（scripted）的解释型语言，无论是命令、函数或变量，只要在命令窗口的提示符下键入，并“回车（Enter）”，MATLAB都予以解释执行。语言特点Matlab软件的应用语言基础变量、运算符、函数、语句程序设计基础M文件、脚本文件、函数文件应用举例1：采用Matlab进行双层吸波材料成分和厚度的设计羰基铁粉炭黑1.对于给定的厚度和成分计算出反射率值；2.给定反射率的范围，筛选出最优条件。应用举例2：雾化金属或合金的液滴快速凝固可以获得性能优异的非平衡凝固组织。液滴冷却期间，与雾化气体之间的传热过程直接影响着液滴凝固组织的形成。然而，由于雾化过程中对单个液滴的测量困难，液滴传热的实验难以开展。所以采用理论分析对气雾化液滴的凝固行为进行理论预测，了解气雾化合金粉末凝固组织形成和控制机制。利用Matlab求解凝固方程获得气雾化过程中不同尺寸熔滴的冷却速度、形核过冷度等。Matlab界面微积分复变函数与积分变换线性方程组数值求解非线性方程求根非线性方程组与最优化方法矩阵特征值与特征向量插值与函数逼近数值积分常微分方程的数值方法Matlab数值分析导数运算：

演示：求下面的导数运算，并把原函数图像和导函数图像画到一个图中。氧化物SiO2CaOMgOAl2O3Na2O质量分数/%72.54.51.23.518.3原料名称各成分质量分数/%SiO2CaCO3MgCO3Al(OH)3Na2CO3石英砂99.4————碳酸钙—98.6———碳酸镁——99.3——氢氧化铝———99.2—纯碱————98.6例4-11

某Na2O-CaO-SiO2系统玻璃的设计成分如表4-6所示，要求在实验室用化工原料进行熔制。化工原料的成分见表4-7，采用MATLAB软件计算熔制100 g玻璃液需要各种化工原料的用量。

表4-6玻璃的设计成分表4-7化工原料成分例4-12

以某型号钢制薄板焊件焊缝温度场为例，分析焊接过程中的温度场。焊接模型如图4-80所示，因温度场对称，取焊件的一半作为模型进行离散化。焊接电弧起始点为O点，以速度v沿x轴移动，经过t时间后到达O'点。图4-80二维焊接离散图2.材料加工中的模拟计算软件 Anycasting—金属材料铸造工艺仿真2.材料加工中的模拟计算软件AnyCasting™是韩国AnyCasting公司自主研发的新一代基于Windows操作平台的高级铸造模拟软件系统。AnyCasting采用基于混合算法的RealFlow技术，使用智能化的可变网格自动生成，支持多核高性能并行运算，适用于砂型铸造、金属型重力铸造、高压压铸、低压铸造、倾转铸造、精密铸造、半固态等几乎所有铸造工艺的仿真分析。借助AnyCasting，可以准确预测烧不足、气孔、缩孔缩松、冷隔、夹渣、变形等缺陷；指导浇冒口、冷却系统设计和模具设计；优化铸造过程工艺参数；减少产品试模次数，降低铸造成本；提高产品质量和市场竞争力。AnyCasting已广泛应用于汽车制造、电子电器、重型工业等行业，为铸件质量提供了可靠的技术保障。2.材料加工中的模拟计算软件Moldflow是一款用于塑料产品、模具设计与制造的仿真软件，可用于解决塑料注压成型方面的问题，其高级工具和简明的用户界面有助于解决制造难题，如零件翘曲、冷却管道效率分析以及成型周期时间缩短等。Moldflow软件主要由MPA(MoldFlowPlasticsAdvisers，产品优化顾问)、MPI(MoldFlowPlasticsInsight，注塑成型模拟分析)、MPX(MoldFlowPlasticsExpert，注塑成型过程控制专家)三部分构成。 Moldflow—塑料注塑工艺仿真软件2.材料加工中的模拟计算软件Deform系列软件是由位于美国OhioClumbus的科学成形技术公司(scienceformingtechnologycorporation)开发的。该系列软件主要应用于金属塑性加工、热处理等工艺数值模拟。1.成形分析(1)分析冷、温、热锻的成形和热传导耦合；(2)提供丰富的材料数据库，包括各种钢、铝合金、钛合金和超合金；(3)允许用户自行输入材料数据库中没有的材料；(4)提供材料流动、模具充填、成形载荷、模具应力、纤维流向、缺陷形成和韧性破裂等信息。(5)分析刚性、弹性和热黏塑性材料模型，特别适用于大变形成形；(6)分析液压成形、锤上成形、螺旋压力成形和机械压力成形；(7)允许用户定义自己的材料模型、压力模型、破裂准则和其他函数；(8)分析材料内部的流动信息及各种场量分布，并绘制温度、应变、应力、损伤及其他场变量等值线。2.热处理分析(1)热处理分析范围：预成形粗加工、二次成形、热处理、焊接和通用机加工等工艺。(2)热处理分析类型：正火、退火、淬火、回火、时效处理、渗碳、蠕变、高温处理、相变、金属晶粒重构、硬化和时效沉积等。(3)热处理分析内容：能够精确预测硬度、金相组织体积比值(如马氏体、残余奥氏体含量等)，分析热处理工艺引起的挠曲和扭转变形、残余应力、碳势或含碳量等热处理工艺评价参数。3.材料加工中的信息技术高分子材料加工→注塑机金属材料加工→加热炉无机非金属材料烧成→加热炉（气氛控制+温度控制）4.材料检测中的信息技术材料成分检测：分析电子显微方法电子能谱、电子探针X射线微区成分分析、俄歇电子能谱、X射线光电子能谱、电子能量损失谱方法、高角度散射暗场方法、场发射电子枪技术。2.光谱仪方法X射线光谱、微波辐射光谱、光学光谱