增材制造过程热力学模拟基础教程 / 中国机械工业教育协会“十四五”普通高等教育规划教材
定价：￥39.80
作者： 刘其鹏，陈玉华
出版时间：2026-01-21
出版社：机械工业出版社
- 机械工业出版社
- 9787111800897
- 1-1
- 2026-01-21
- 271
内容简介
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。
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。
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。
目录
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
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
