江树勇：描绘出一幅关于金属塑性变形多尺度模拟的全景画面- 大数跨境

科学出版社

2022-09-25

导读：金属塑性变形多尺度模拟

金属塑性加工在国民经济发展中占有重要地位，金属塑性变形机制是金属塑性加工的重要理论基础。随着科学技术的迅速发展，学科交叉与繁荣日益突显，学科交叉不仅能促进各分支学科的发展，而且还能有利于发现新的学科生长点。本书就是作者基于这样一种理念，经过多年的学习、研究和积累，汇集了国内外最新科学研究成果，同时融入了部分原创性工作，最终撰写而成。

本书以金属材料的塑性变形为主线，从宏观尺度、介观尺度、微观尺度、纳观尺度和原子尺度等多尺度视角为切入点，基于宏观有限元模拟技术、晶体塑性有限元模拟技术、元胞自动机模拟技术、离散位错动力学模拟技术、分子动力学模拟技术和第一性原理模拟技术，深入阐述了金属塑性变形的物理本质，建立了一个较为完备的金属塑性变形理论知识体系，呈现出了一个丰富多彩的金属塑性变形世界，力求给读者描绘出一幅关于金属塑性变形多尺度模拟的全景画面。本书涵盖了机械制造科学、材料科学、固体力学、量子力学和计算科学的交叉内容，体现了经典科学理论与现代分析方法的融合。

点击封面购买本书

国家科学技术学术著作出版基金资助出版

金属塑性变形多尺度模拟

江树勇著

ISBN 978-7-03-071120-5

定价198.00元

本书共 10 章，外加 2 个附录。

第 1 章为金属中的位错、层错与孪晶，重点介绍了位错、层错与孪晶的基本定义及形成机制，阐明了位错、层错与孪晶之间的相互关系，为后续章节分析金属塑性变形机制提供组织结构基础。

第 2 章为金属塑性变形的物理本质，重点介绍了金属塑性变形的位错滑移机制、位错攀移机制、不全位错的运动以及变形孪生机制，给出了基本滑移系和独立滑移系的概念，为后续章节基于多尺度分析金属塑性变形机制提供理论基础。

第 3 章为金属多晶体的塑性变形，重点介绍了晶界在多晶体塑性变形中的角色以及金属多晶体塑性变形的变形织构，从晶界的几何特点、位错结构和原子排列描述了晶界的基本特征，在数学上描述了晶界变形、晶界滑动和晶界迁移，介绍了金属晶体塑性变形织构的基本定义与基本分类以及变形织构的统计描述方法。

第 4 章为金属塑性变形宏观本构行为，首先介绍了应力张量理论基础和应变张量理论基础，给出了应力张量和应变张量涉及的基本概念，介绍了 Tresca（特雷斯卡）屈服准则和 Mises（米泽斯）屈服准则，基于塑性流动基本假设和一致性条件，描述了各向同性硬化、随动硬化和混合硬化材料的本构行为，同时也涉及了弹性、刚塑性、弹塑性和黏塑性本构行为。

第 5 章为金属塑性变形宏观有限元模拟，介绍了刚塑性/刚黏塑性有限元变分原理、求解步骤及其关键问题的处理，最后针对旋压和锻造工艺，结合作者的研究工作，列举了金属塑性成形刚塑性和刚黏塑性有限元模拟案例。

第 6 章为金属塑性变形晶体塑性有限元模拟，介绍了连续介质变形理论，从数学上描述了变形梯度、速度梯度、 Cauchy-Green 应变张量、 Almansi 应变张量、Green-Lagrange 应变张量、第一 Piola-Kirchhoff 应力张量、第二 Piola-Kirchhoff应力张量和 Kirchhoff 应力张量的基本概念，介绍了唯像晶体塑性本构模型、基于位错密度的晶体塑性本构模型和基于孪晶密度的晶体塑性本构模型，阐述了晶体塑性有限元模拟的均匀化问题，最后列举了几个典型金属塑性变形晶体塑性有限元模拟的应用案例。

第 7 章为金属塑性变形动态再结晶元胞自动机模拟，首先介绍了金属塑性变形动态再结晶理论基础，描述了元胞自动机模拟的基本原理，然后给出了金属塑性变形非连续动态再结晶的元胞自动机模拟案例。

第 8 章为金属塑性变形离散位错动力学模拟，首先介绍了位错力学基础，具体涉及位错应力场、位错应变能、 Peierls-Nabarro 力、位错之间的作用力、镜像力、 Peach-Koehler 力和位错线张力，然后介绍了金属塑性变形离散位错动力学的理论基础，最后列举了一些金属塑性变形离散位错动力学模拟的应用案例。

第 9 章为金属塑性变形分子动力学模拟，首先介绍了金属塑性变形分子动力学模拟理论基础，阐述了分子动力学模拟基本思想与方法，然后基于作者的研究工作，列举了多个金属塑性变形分子动力学模拟的应用案例。

第 10 章为金属塑性变形第一性原理模拟，首先介绍了金属电子结构理论基础和第一性原理模拟理论基础，涉及金属多粒子体系的 Schrödinger 方程、 Born-Oppenheimer 近似、 Hartree-Fock 方程、Hohenberg-Kohn 定理和 Khon-Sham 方程，接着描述了求解相关方程的赝势平面波法、缀加平面波法、线性缀加平面波法和投影缀加平面波法，最后列举了几个金属塑性变形第一性原理模拟的应用案例。

附录 A 为张量简介，具体内容涉及指标符号、向量简介、张量的定义、张量代数、常用的二阶张量、张量的分解和张量的微积分。

附录 B 对狄拉克符号进行了简要介绍。

作者简介

江树勇，博士，教授，太原理工大学材料科学与工程学科博士生导师，江苏省创新创业领军人才，曾担任国家重点研发计划会议评审专家、国家自然基金联合基金会议评审专家和国家创新人才推进计划综合评议专家。主持国家自然基金面上项目3项，以第一或通讯作者发表SCI论文100余篇，授权发明专利13项，翻译著作《晶界与晶体塑性》和《工程材料力学行为》，主编教材《工程材料》和《材料成形技术基础》。专著《金属塑性变形多尺度模拟》获国家科学技术学术著作出版基金资助。作为参加人获国家教学团队和省教学成果一等奖各1项，作为负责人获国家多媒体课件一等奖1项、省科学技术奖三等奖2项、省级精品课程1项和省级教学成果二等奖1项。