1 基于变形的材料加工技术概述

基于变形的材料加工技术，即塑性成形，可充分利用材料的塑性流动能力，改变原材料的冶金状态以调控材料性能。近年来人们对环境友好、能源消耗和材料利用率日益关注，因而对高性能、轻量化和高功能整体复杂构件的精确成形制造要求越来越高。基于变形的材料加工可以满足高端制造对缩短设计开发周期、降低生产成本、提高尺寸精度和改善成形质量日益增加的需求，使得材料加工技术领域重新焕发了生机。

基于变形的材料加工与弹塑性变形物理基础和与之相关的冶金学原理如再结晶和微观织构形成以及成形力学等密切相关。在不合适的热力加载条件下，非稳态变形可能发生并引发各种各样的多尺度缺陷，不同类型缺陷的出现直接影响材料变形过程的工艺行为和性能，以及所加工零部件的性能和质量。深入探索和理解材料变形力学行为、制造工艺性能以及产品的性能和质量是基于变形的材料加工技术发展的研究基础。如何控制非均匀变形，避免不同类型的宏微观缺陷，实现无缺陷制造，并调控产品的性能，实现高质量成形是该领域的关键挑战。

当前，从基础理论到技术创新，基于变形的材料加工领域各个研究方向均出版了大量的专著、期刊论文、会议论文集等，但仍缺乏系统深入地阐述变形过程的工艺行为、性能、模拟和控制以及总结最新研究成果的专著。Deformation-basedProcessingofMaterials:Behavior,Performance,Modeling,andControl一书着重阐述基于变形的材料加工过程中材料变形力学及冶金物理行为的表征、模拟和控制，系统介绍了非均匀变形、损伤断裂、压缩失稳、回弹、表面粗化、流动缺陷、微结构异常等成形缺陷的现象、机理和根源，强调通过减少、避免和主动控制变形和缺陷以实现产品所需的形状尺寸精度以及组织性能的调控，为实现高性能轻量化高功效关键构件的绿色智能制造提供参考。

2 主要内容

该书第一章为成形制造概述，介绍了基于变形的材料加工技术的基本概念，阐述了变形相关的多种物理机制以及与成形成性相关的关键问题，对变形过程进行了分类，阐述了材料变形过程的行为和性能，综述了变形导致的各种缺陷，提出了缺陷的一般分类，讨论了成形制造的发展趋势和面临的科学挑战，提出了一些亟待解决的关键问题。

第二章介绍了非均匀变形的定义和表征方法，对图1所示微观变形机理进行了讨论，从内部因素和外部因素两个方面阐述了非均匀变形的根源。基于影响非均匀变形的内外因素的相互作用，论述了图2所示的非均匀变形的多尺度建模和仿真。以管材数控弯曲为例，介绍了非均匀变形协调控制方法。

图1 不同晶体结构材料的变形机制

图2 非均匀变形多尺度建模和仿真

第三章介绍了变形加工过程中材料的损伤演化与韧性断裂现象，阐述了不同应力状态下材料孔洞损伤和剪切损伤的不同演化特征，给出了耦合和非耦合韧性断裂准则及失效图以预测材料变形加工过程中的损伤断裂，确定材料的成形极限。通过断裂准则在管材弯曲和扩口中的应用，阐明了损伤断裂的模拟和预测在变形加工设计制造中的重要性，总结了损伤断裂的控制方法及损伤断裂预测控制所面临的挑战。

第四章介绍了板料成形中的主要缺陷——失稳起皱，从起皱现象、起皱机理、起皱的模拟和控制方法等方面对失稳起皱进行了详细的介绍，通过多个研究案例对压缩不稳定性进行了深入讨论，总结了基于变形的材料加工中压缩失稳预测和控制面临的关键瓶颈问题。

第五章介绍了变形导致的回弹缺陷，从影响回弹的基本因素、非线性弹性、回弹预测和控制策略等方面系统介绍了基于变形的材料加工过程中的回弹缺陷，总结了回弹减小和回弹补偿两个典型回弹控制策略。通过两个回弹研究案例，分析了薄板和管材弯曲过程中的回弹缺陷，总结了回弹预测和控制中有待进一步研究的不确定性和未知量。

第六章全面介绍了表面粗化的形成机理、介观尺度建模和仿真以及表面粗化的控制策略。阐述了基于变形的材料加工过程中存在的多种表面缺陷，通过对管材弯曲过程中的表面粗化现象进行实验和数值研究，阐明了晶粒力学性能各向异性对表面粗化缺陷的影响规律和机制。

第七章介绍了基于变形的材料加工过程中最常见的流动缺陷——填充缺陷、流线缺陷和与速度相关的流动缺陷。通过物理实验和有限元模拟，分析了流动缺陷形成机理和产生的根本原因，总结了避免流动缺陷产生的方法。通过在产品开发过程中使用模拟生成的解决方案，可以在设计的早期阶段识别和避免流动缺陷，通过研究实例阐述了该方法如何在成形过程中避免流动缺陷产生。