材料設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

材料設(shè)計(jì)是指應(yīng)用已知理論與信息，預(yù)報(bào)具有預(yù)期性能的材料，并提出其制備合成方案。

中文名稱

材料設(shè)計(jì)

英文名稱

materials design

定　　義

通過(guò)理論與計(jì)算預(yù)報(bào)新材料的組分、結(jié)構(gòu)與性能，或者說(shuō)，通過(guò)理論設(shè)計(jì)來(lái)“訂做”具有特定性能的新材料的方法?？煞譃榻?jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)和科學(xué)設(shè)計(jì)。

應(yīng)用學(xué)科

材料科學(xué)技術(shù)（一級(jí)學(xué)科），材料科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)（二級(jí)學(xué)科），材料科學(xué)基礎(chǔ)（三級(jí)學(xué)科），材料設(shè)計(jì)、模擬與計(jì)算（四級(jí)學(xué)科）

第1章 材料設(shè)計(jì)概述

1．1 材料設(shè)計(jì)發(fā)展的歷史與作用

1．1．1 材料設(shè)計(jì)的發(fā)展階段

1．1．2 材料設(shè)計(jì)的發(fā)展概況

1．2 材料設(shè)計(jì)范圍與內(nèi)容

1．3 材料設(shè)計(jì)的層次與特點(diǎn)

1．3．1 材料設(shè)計(jì)的層次

1．3．2 多尺度關(guān)聯(lián)模型

1．3．3 材料設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

1．4 材料設(shè)計(jì)的類型和方法

1．5 材料設(shè)計(jì)的任務(wù)

本章小結(jié)

習(xí)題與思考題

參考文獻(xiàn)

第2章 材料設(shè)計(jì)的主要技術(shù)與途徑

2．1 材料設(shè)計(jì)的知識(shí)庫(kù)與數(shù)據(jù)庫(kù)

2．2 材料設(shè)計(jì)的專家系統(tǒng)

2．3 基于第一性原理的計(jì)算設(shè)計(jì)

2．3．1 基本理論的近似假設(shè)

2．3．2 密度泛函理論

2．3．3 準(zhǔn)粒子方程(GW近似)

2．3．4 Car-Parrinello方法

2．4 材料設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)模擬

2．4．1 分子動(dòng)力學(xué)模擬

2．4．2 蒙特卡羅模擬

2．4．3 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在材料設(shè)計(jì)中的

應(yīng)用

2．5 合金特征晶體理論

2．5．1 合金相統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)理論

2．5．2 合金晶體物理與化學(xué)計(jì)算框架

2．6 基于相圖計(jì)算的材料設(shè)計(jì)

2．6．1 相圖熱力學(xué)計(jì)算模型

2．6．2 Md法計(jì)算相界成分

2．6．3 CALPHAD計(jì)算模式

2．7 基于數(shù)據(jù)采掘的材料設(shè)計(jì)

2．8 數(shù)學(xué)方法在材料設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2．8．1 有限元法

2．8．2 遺傳算法

2．8．3 分形理論

2．8．4 其他方法

本章小結(jié)

習(xí)題與思考題

參考文獻(xiàn)

第3章 基于第一性原理的材料設(shè)計(jì)

3．1 原子相互作用勢(shì)的計(jì)算應(yīng)用

3．1．1 第一性原理原子間相互作用對(duì)

勢(shì)的嚴(yán)格表達(dá)

3．1．2 陳氏晶格反演定理

3．1．3 基于abinitio計(jì)算方法的理論

模型

3．2 高溫丁i合金的優(yōu)化設(shè)計(jì)

3．2．1 特性原子序列信息

3．2．2 fcc-TiAl合金信息

3．2．3 降低fcc-TiAl化合物脆性的信息

綜合

3．3 奧氏體鋼abinitio計(jì)算設(shè)計(jì)

3．3．1 理論基礎(chǔ)

3．3．2 奧氏體不銹鋼模量的計(jì)算設(shè)計(jì)

3．4 超硬材料計(jì)算設(shè)計(jì)

3．4．1 超硬材料體積彈性模量

3．4．2 B-Si3N4的電子結(jié)構(gòu)

3．4．3 B-C3N4的計(jì)算設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

3．4．4 c-BCN設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

3．4．5 低壓縮系數(shù)金屬氮化物

本章小結(jié)

習(xí)題與思考題

參考文獻(xiàn)

第4章 相圖熱力學(xué)計(jì)算設(shè)計(jì)

4．1 相圖優(yōu)化和計(jì)算過(guò)程

4．2 CALPHAD相圖計(jì)算

4．2．1 實(shí)際合金集團(tuán)數(shù)據(jù)庫(kù)

4．2．2 無(wú)鉛微焊材料的設(shè)計(jì)計(jì)算

4．2．3 超級(jí)奧氏體鋼相平衡的計(jì)算

預(yù)測(cè)

4．2．4 Ti合金超塑性的Md法計(jì)算

設(shè)計(jì)

4．3 abinitio和CALPHAD有機(jī)結(jié)合的

計(jì)算方法

4．3．1 ahinitio應(yīng)用于CALPHAD能量

計(jì)算

4．3．2 abinitio應(yīng)用于CALPHAD相圖

計(jì)算

4．3．3 abinitio對(duì)動(dòng)力學(xué)計(jì)算的貢獻(xiàn)

4．4 奧氏體鋼組織穩(wěn)定性的數(shù)值計(jì)算

設(shè)計(jì)

4．4．1 高溫組織穩(wěn)定性

4．4．2 中溫組織穩(wěn)定性

4．4．3 低溫組織穩(wěn)定性

4．5 銅合金熱力學(xué)計(jì)算模擬

4．5．1 熱力學(xué)平衡關(guān)系

4．5．2 計(jì)算模型及程序

4．5．3 材料熱物理性能的計(jì)算模型

4．5．4 模擬計(jì)算結(jié)果與驗(yàn)證

4．5．5 三元銅合金相圖計(jì)算

4．6 鋁合金熱力學(xué)平衡相計(jì)算

本章小結(jié)

習(xí)題與思考題

參考文獻(xiàn)

第5章 材料數(shù)值模擬設(shè)計(jì)

5．1 概述

5．1．1 材料研究模型化

5．1．2 數(shù)值模型化與模擬

5．2 材料表面激光作用的數(shù)值模擬

5．2．1 模擬的基本數(shù)學(xué)模型

5．2．2 溫度場(chǎng)演化的模擬

5．2．3 細(xì)晶化和非晶形成的預(yù)測(cè)

5．3 工程應(yīng)用層次的材料數(shù)值計(jì)算

5．3．1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

5．3．2 奧氏體鋼強(qiáng)度的數(shù)值計(jì)算

5．3．3 奧氏體鋼沖擊韌度的數(shù)值

計(jì)算

5．3．4 高性能鋼的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

5．4 形狀記憶合金的計(jì)算模擬

5．4．1 邊界設(shè)計(jì)及有限元方法

5．4．2 誘發(fā)相變熱力學(xué)

5．4．3 應(yīng)力誘發(fā)相變

5．4．4 鐵基形狀記憶合金TRIP鋼的馬氏體

相變模擬

5. 5 奧氏體不銹鋼應(yīng)力腐蝕壽命預(yù)測(cè)與

計(jì)算設(shè)計(jì)

5．5．1 奧氏體不銹鋼應(yīng)力腐蝕壽命曲線與

設(shè)計(jì)參數(shù)

5．5．2 奧氏體不銹鋼應(yīng)力腐蝕疲勞壽命

預(yù)測(cè)

5．5．3 奧氏體不銹鋼應(yīng)力腐蝕敏感性

判據(jù)

5．5．4 奧氏體不銹鋼應(yīng)力腐蝕疲勞

機(jī)理

本章小結(jié)

習(xí)題與思考題

參考文獻(xiàn)

第6章 基于數(shù)據(jù)采掘的材料設(shè)計(jì)

與預(yù)測(cè)

6．1 基于數(shù)據(jù)采掘的半經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法

6．1．1 復(fù)雜數(shù)據(jù)信息采掘原理

6．1．2 復(fù)雜數(shù)據(jù)信息采掘各種算法的長(zhǎng)處

局限性

6．1．3 數(shù)據(jù)采掘法經(jīng)驗(yàn)材料設(shè)計(jì)的

應(yīng)用

6．2 合金設(shè)計(jì)

6．2，1 合金設(shè)計(jì)技術(shù)概述

6．2。2 高合金超高強(qiáng)度鋼設(shè)計(jì)

6．3 基于組合方法的多組分新材料合成

設(shè)計(jì)

6．3。1 電子材料的發(fā)現(xiàn)

6．3．2 新型磁性材料

6．3．3 多相催化劑開(kāi)發(fā)

本章小結(jié)

習(xí)題與思考題

參考文獻(xiàn)

第7章 結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的設(shè)計(jì)

7．1 復(fù)合材料的設(shè)計(jì)與方法

7．1．1 復(fù)合材料的可設(shè)計(jì)性

7．1．2 復(fù)合材料設(shè)計(jì)的研究方法

7．1．3 復(fù)合材料基體與增強(qiáng)體選擇

7．2 復(fù)合材料力學(xué)性能計(jì)算模型

7．2．1 連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料性能

7．2．2 短纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料

7．2．3 顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的彈性和

強(qiáng)度

7．3 復(fù)合材料性能相關(guān)性的計(jì)算模型

7．3．1 性能相關(guān)性的計(jì)算模型

7．3．2 有限元模擬與分析

7．4 納米復(fù)合材料有效彈性的

計(jì)算

7．5 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的力學(xué)失效與計(jì)算

模擬

7．5．1 短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料疲勞性能

模型與預(yù)測(cè)

7．5．2 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料壓縮失效

模擬

本章小結(jié)

習(xí)題與思考題

參考文獻(xiàn)

第8章 功能復(fù)合材料設(shè)計(jì)

8．1 功能復(fù)合材料設(shè)計(jì)概述

8．1．1 功能復(fù)合材料種類

8．1．2 功能復(fù)合材料的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

8．1．3 金屬基功能復(fù)合材料的設(shè)計(jì)

方法

8．1．4 仿生復(fù)合材料的設(shè)計(jì)

8．2 熱功能復(fù)合材料的設(shè)計(jì)

8．2．1 復(fù)合材料比熱容力口和性原理

8．2．2 復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)的計(jì)算

8．3 熱防護(hù)梯度功能材料設(shè)計(jì)

8．3．1 基本設(shè)計(jì)思想

8．3．2 基本設(shè)計(jì)方法

8．4 其他功能復(fù)合材料的設(shè)計(jì)

8．4．1 阻尼復(fù)合材料

8．4．2 零膨脹復(fù)合材料的設(shè)計(jì)

模擬

本章小結(jié)

習(xí)題與思考題

參考文獻(xiàn)

第9章 材料成型加工過(guò)程模擬設(shè)計(jì)

9．1 概述

9．2 鑄造工藝過(guò)程的數(shù)值模擬

9．2．1 凝固過(guò)程數(shù)值模擬基本方法

9．2．2 溫度場(chǎng)數(shù)值模擬及收縮缺陷

預(yù)測(cè)

9．2．3 應(yīng)力場(chǎng)的模擬

9．2．4 鑄件微觀組織的模擬

9．3 材料連接成型過(guò)程模擬

9．3．1 焊接熱循環(huán)主要參數(shù)的數(shù)學(xué)

模型

9．3．2 焊接熱裂紋的模擬技術(shù)

9．3．3 焊接應(yīng)力與殘余應(yīng)力的模擬

預(yù)測(cè)

9．4 金屬塑性成型模擬

9．4．1 金屬塑性成型模擬的基本步驟

9．4．2 鋼錠鍛造形變過(guò)程模擬

9．4．3 AZ31合金深拉伸過(guò)程模擬

9．4．4 控軋鋼形變誘發(fā)相變的計(jì)算機(jī)

模擬

9．4．5 薄板沖壓工藝一體化模擬技術(shù)

本章小結(jié)

習(xí)題與思考題

參考文獻(xiàn)

第10章 材料變形與斷裂的介觀

設(shè)計(jì)

10．1 概述

lo．2 顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的力學(xué)行

為模擬

10．2．1 高體積分?jǐn)?shù)顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料

力學(xué)行為模擬

10．2．2 顆粒尺寸效應(yīng)的數(shù)值模擬

10．2．3 顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的界面

力參數(shù)

10．2．4 復(fù)合結(jié)構(gòu)界面裂紋形成的

模擬

10．3 裂端擴(kuò)展過(guò)程的分子動(dòng)力學(xué)

模擬

10．3．1 計(jì)算模型

10．3．2 裂紋尖端位錯(cuò)發(fā)射

10。3．3 三重嵌套模型和關(guān)聯(lián)參照

模型

10．4 周期載荷下裂紋擴(kuò)展的分子動(dòng)力學(xué)

模擬

10．4．1 研究方法

10．4．2 模擬結(jié)果與分析

本章小結(jié)

習(xí)題與思考題

參考文獻(xiàn)

第11章 材料表面技術(shù)模擬與設(shè)計(jì)

11．1 概述

11．2 多晶薄膜生長(zhǎng)過(guò)程的模擬

11．2．1 FACET模型及模擬分析

11．2．2 薄膜島狀結(jié)構(gòu)形成的動(dòng)力學(xué)

MonteCarlo模擬

11．2．3 基于Wolf-Villain模型的薄膜

生長(zhǎng)模擬

11．3 表面涂覆層制備的數(shù)值模擬

11．3．1 PVD法和CVD法的數(shù)值

模擬

11．3．2 等離子熱噴涂數(shù)值模擬方法

11．3．3 等離子噴涂溫度場(chǎng)數(shù)值

模擬

11．4 表面涂覆殘余應(yīng)力的模擬計(jì)算

11．4．1 熱噴涂殘余應(yīng)力分析及

模擬

11．4．2 高溫梯度復(fù)合涂層殘余應(yīng)力

數(shù)值分析

本章小結(jié)

習(xí)題與思考題

參考文獻(xiàn)

第12章 材料模擬設(shè)計(jì)研究進(jìn)展

12．1 極端條件下的abinitio模擬

12．1．1 ab initio分子動(dòng)力學(xué)模擬

模型

12．1．2 高壓下材料結(jié)構(gòu)的鑒別

12．1．3 高壓化學(xué)反應(yīng)

12．1．4 熔化溫度的計(jì)算

12．2 高分子材料設(shè)計(jì)的新方法

12．3 納米晶金屬的形變

12．3．1 金屬納米晶形變機(jī)理模擬

12．3．2 納米壓痕(刻痕、壓坑)的原子

模擬

12．4 材料模擬設(shè)計(jì)應(yīng)用進(jìn)展實(shí)例

12．4．1 新材料開(kāi)發(fā)

12．4．2 新理論研究

12．4．3 新材料制備技術(shù)

本章小結(jié)

習(xí)題與思考題

參考文獻(xiàn)

《材料與設(shè)計(jì):材料選擇在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的藝術(shù)與科學(xué)(原著第2版)》講解在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中如何使用物質(zhì)材料創(chuàng)造出集美感與功能于一體的產(chǎn)品?！恫牧吓c設(shè)計(jì):材料選擇在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的藝術(shù)與科學(xué)(原著第2版)》分為三個(gè)部分：第一部分包括功能與特性，影響產(chǎn)品設(shè)計(jì)的因素，設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)過(guò)程，原料，材料成型、連接和表面處理，材料決定形式，材料選擇，材料和設(shè)計(jì)案例分析，新型材料，結(jié)論等內(nèi)容；第二部分包括眼睛和頭腦練習(xí)及材料的選擇兩個(gè)附錄；第三部分是材料概況。

《材料與設(shè)計(jì):材料選擇在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的藝術(shù)與科學(xué)(原著第2版)》可作為機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化、工業(yè)設(shè)計(jì)等專業(yè)的本科生和研究生教材，也可作為高等職業(yè)學(xué)校、高等?？茖W(xué)校、成人院校的機(jī)電一體化、數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用、機(jī)械制造及自動(dòng)化等專業(yè)的教材，還可作為廣大從事現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法研究的工程技術(shù)人員和管理人員的參考資料或培訓(xùn)教材。

前言

第一章 設(shè)計(jì)材料概述

第一節(jié) 設(shè)計(jì)材料的發(fā)展

第二節(jié) 材料科學(xué)與設(shè)計(jì)

第二章 設(shè)計(jì)材料的藝術(shù)表現(xiàn)

第一節(jié) 材料美感的視覺(jué)體現(xiàn)

第二節(jié) 材料的工藝表達(dá)與技術(shù)

第三章 材料在設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用

第一節(jié) 材料與工業(yè)設(shè)計(jì)

第二節(jié) 材料與公共藝術(shù)設(shè)計(jì)

第三節(jié) 材料與環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)

第四節(jié) 材料與視覺(jué)傳達(dá)設(shè)計(jì)

第四章 設(shè)計(jì)材料的類別與表現(xiàn)

第一節(jié) 塑料材料

第二節(jié) 金屬材料

第三節(jié) 玻璃材料

第四節(jié) 陶瓷材料

第五節(jié) 木質(zhì)材料

第五章 設(shè)計(jì)材料課程的教學(xué)實(shí)踐

第一節(jié) 設(shè)計(jì)材料課程典型作業(yè)1

第二節(jié) 設(shè)計(jì)材料課程典型作業(yè)2

第三節(jié) 設(shè)計(jì)材料課程典型作業(yè)3

第四節(jié) 設(shè)計(jì)材料課程典型作業(yè)4

參考文獻(xiàn)2100433B