从功能性多孔轻质材料粉体原材料制备到零部件制备中涉及各种工艺环节。本书从分子动力学、计算流体力学和离散单元理论出发，详尽论述数值分析对于功能材料探索的重要性，并建立功能性多孔材料零部件制备的计算工艺。
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前言
第一章 绪论………………1
1.1 概述………………1
1.1.1 光学电子器件应用………………1
1.1.2 分离介质和功能性载体应用………………2
1.1.3 导电高分子合成材料应用………………2
1.1.4 生物医学应用………………2
1.1.5 多孔材料的研究与发展………………3
1.1.6 多孔材料孔径分类………………3
1.2 非金属多孔材料特点与应用领域………………5
1.2.1 多孔聚合物材料特点及其应用………………5
1.2.2 陶瓷类多孔材料特点及其应用………………5
1.2.3 多孔材料制备工艺………………8
1.2.4 多孔材料的应用领域………………10
1.2.5 生物活性多孔材料特点及其应用………………13
1.2.6 生物诱导材料………………14
1.3 多孔材料微观结构性能参数………………17
1.3.1 孔隙率表述………………17
1.3.2 孔隙形貌检测与表述………………19
1.3.3 渗透率………………20
1.3.4 比表面积………………20
1.3.5 多孔材料连通率………………21
1.4 多孔材料力学性能表征………………21
1.4.1 多孔材料机械性能………………21
1.4.2 多孔材料制造加工过程中数值分析理论介绍［23,24］………………22
第二章 多孔材料颗粒制备及其数值分析理论介绍………………24
2.1 颗粒材料制备工艺………………24
2.1.1 造粒工艺分类………………24
2.1.2 羟基磷灰石陶瓷粉体成型工艺流程………………26
2.1.3 混料………………26
2.1.4 坯料的塑化………………27
2.1.5 造粒………………28
2.1.6 干压成型法………………29
2.1.7 烧结………………30
2.2 多孔材料基体微观形态研究………………31
2.2.1 微观团粒结构对颗粒体的影响………………32
2.2.2 分形维数定义………………34
2.2.3 分形维数D与孔隙率关系………………36
2.2.4 颗粒间介观结构的分析………………39
2.3 多孔材料宏观性能表征………………42
2.3.1 多孔材料多场研究目的与意义………………42
2.3.2 多孔介质多场耦合研究现状………………43
2.3.3 多孔介质多场耦合研究的特点………………44
2.4 多孔材料中多场耦合性能的守恒定律………………44
2.4.1 质量守恒………………46
2.4.2 动量守恒………………47
2.4.3 能量守恒………………47
第三章 颗粒类多孔材料的成形及其微观结构分析………………50
3.1 颗粒类多孔材料的应用及成形工艺………………50
3.1.1 颗粒类多孔材料的应用………………50
3.1.2 颗粒类多孔材料堆积成形工艺………………51
3.2 离散单元法………………52
3.2.1 离散单元法的发展及应用………………52
3.2.2 离散单元法的理论………………55
3.2.3 离散单元法的基本假设………………55
3.2.4 离散单元法的接触模型………………56
3.2.5 颗粒简化模型………………59
3.2.6 颗粒单元的接触判断………………61
3.2.7 颗粒单元的运动理论………………63
3.2.8 离散单元法的求解步骤………………65
3.3 基于离散单元法的颗粒流软件PFC3D66
3.3.1PFC3D软件的简介及应用………………67
3.3.2 颗粒流方法的基本思想与假设………………69
3.3.3PFC3D 的特点………………70
3.3.4PFC3D软件的程序语言………………73
3.3.5PFC3D术语（Nomenclature）………………77
3.3.6PFC3D计算模型的生成方法………………80
3.3.7 边界条件………………82
3.3.8PFC3D的求解步骤………………83
3.4 颗粒类多孔材料微观特性计算方法………………85
3.4.1 颗粒堆积孔隙率、配位数的计算………………85
3.4.2 颗粒堆积连通性的计算………………92
3.4.3 计算程序汇总………………94
第四章 多孔材料计算模拟………………104
4.1 分子动力学………………104
4.1.1 基本原理………………105
4.1.2 常用数值解法………………106
4.1.3 分子动力学模拟流程………………108
4.2 分子模拟软件………………109
4.3 计算机模拟中的粒子系综………………116
4.3.1 微正则（NVE）系综………………118
4.3.2 正则（NVT）系综………………119
4.3.3 等温等压（NPT）系综………………120
4.3.4 等焓等压（NPH）系综………………121
4.4 计算机模拟中的力场………………121
4.4.1COMPASS力场………………123
4.4.2CVFF力场………………124
4.4.3Dreiding力场………………125
4.4.4Universal力场………………126
4.5 多孔材料计算模拟………………127
4.5.1 模型结构研究………………127
4.5.2 模型性能研究………………128
4.6 胶粘剂与羟基磷灰石表面相互作用的模拟………………129
4.6.1 模型的构建和MD模拟………………129
4.6.2 模拟结果及其分析………………132
第五章 粘结喷洒与微喷嘴压电微喷工艺………………138
5.1 计算流体动力学概述………………140
5.1.1 计算流体动力学简介………………140
5.1.2 计算流体动力学主要分支………………141
5.1.3 流体动力学控制方程………………142
5.1.4CFD的一般求解过程………………145
5.1.5 商用CFD软件………………147
5.2 压电振动………………148
5.2.1 压电效应及压电方程………………187
5.2.2 压电振动分析………………150
5.3 压电喷头………………16
5.3.1 典型结构………………161
5.3.2 分析方法………………163
5.4 压电挤压管振动及内部流场分析………………165
5.4.1 模型概述………………165
5.5 小结………………169
第六章 均匀液滴压电喷射数值………………174
6.1 压电微滴喷射压力波分析与传播………………174
6.1.1 压电喷嘴结构组成………………174
6.1.2 压力波在压电管内的传播与计算………………175
6.2 液滴喷射过程………………178
6.3 计算模型的建立………………180
6.3.1 控制方程………………183
6.3.2 表面张力的处理………………185
6.3.3 自由表面的处理………………186
6.3.4 边界条件………………187
6.3.5 定性要求………………189
6.3.6 数值计算步骤与流程图………………189
6.4 液滴喷射数值模拟………………190
6.4.1 文件的建立………………191
6.4.2 参数设置………………192
6.4.3 几何模型建模………………193
6.4.4 划分计算网格………………198
6.4.5 边界条件………………203
6.4.6 初始化条件………………205
6.4.7 选择物理模型………………206
6.4.8 流体属性………………210
6.4.9 输出选项………………210
6.4.10 预处理………………211
6.4.11 模拟计算………………211
6.4.12 运行结果………………212
6.5 微滴影响因素数值分析………………212
6.5.1 分析液滴喷射过程………………212
6.5.2 影响参数分析………………214
6.6 本章小结………………221
第七章 胶粘剂微滴碰撞固体球面的数值研究………………224
7.1 液滴撞击固体表面的研究………………224
7.1.1 液滴撞击固体平面铺展直径理论分析………………227
7.2 液滴撞击固体基面过程分析………………231
7.2.1 液滴撞击平面基板过程………………231
7.2.2 液滴撞击球面基板过程分析………………232
7.3 液滴撞击球面数值模拟………………234
7.3.1 计算区域的离散………………234
7.3.2 计算模型的选择………………235
7.3.3 材料属性的设置………………235
7.3.4 边界条件设置………………236
7.3.5 设置求解控制参数………………237
7.3.6 流场迭代计算………………238
7.3.7 计算结果的后处理………………238
7.4 液滴在球面上沉积行为的影响参数分析………………239
7.4.1 撞击速度对液滴沉积行为的影响………………239
7.4.2 球面直径对液滴沉积行为的影响………………241
7.4.3 粘度对液滴沉积行为的影响………………243
7.4.4 表面张力对液滴沉积行为的影响………………244
7.5 本章小结………………246
第八章 颗粒多孔材料零件的数值计算工艺与力学性能………………248
8.1 颗粒快速成型工艺………………248
8.1.1 快速成型现状………………248
8.1.2 快速成型分类………………249
8.1.3 颗粒类快速成型多孔材料工作原理………………254
8.2 非均质材料性能的数值分析法介绍………………255
8.2.1 多孔材料的控制方程………………255
8.2.2 多相物质数学模型………………257
8.3 颗粒类多孔材料均匀化………………260
8.3.1 直接均匀化法………………261
8.3.2 间接法………………262
8.3.3 二尺度展开法………………264
8.4 单元胞有效弹性模量………………268
8.4.1 有效场与有效性能的概念………………268
8.4.2 建立单元胞………………268
8.4.3 微球堆积理论模型………………269
8.4.4 计算机数值模拟等效模型建立………………275
8.5 喷射粘结层对有效弹性模量的影响………………276
8.5.1 有限元模型的提取………………276
8.5.2 结果分析………………281
参考文献………………282
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