弹性力学求解新体系 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:大连理工大学出版社

作者:钟万勰

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1900-01-01

价格:15.0

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isbn号码:9787561110584

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• 弹性力学
• 有限元
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• 计算力学
• 结构力学
• 应力分析
• 变形分析
• 工程应用
• 理论基础

塑性与断裂的界面：先进材料的本构行为研究 本书旨在深入探讨现代工程材料在复杂应力状态下的塑性变形、损伤累积与最终断裂行为。 面对航空航天、能源、生物医学等尖端领域对材料性能日益苛刻的要求，传统的线性弹性模型已无法满足设计与安全评估的需求。本书聚焦于材料微观结构演变如何宏观地影响其力学响应，特别是材料从弹性阶段向塑性流动，直至最终失效的全过程控制机制。 第一章：材料本构关系的基础与扩展 本章首先回顾了经典的连续介质力学基础，包括应力张量、应变张量的描述及其在不同坐标系下的转换规律。随后，重点引入了描述材料非线性行为的关键概念：屈服准则、流动法则与硬化规律。我们对冯·米塞斯（Von Mises）屈服面进行了详尽的讨论，并引入了基于等效应变或等效应力速率的粘塑性模型，如Perzyna模型，用以描述材料在不同温度和加载速率下的粘滞效应。 核心内容包括： 1. 晶体塑性基础： 探讨单晶和多晶体材料中位错运动的机制，推导基于Schmid定律的晶面滑移率方程，为后续的宏观本构模型提供微观支撑。 2. 各向异性塑性模型： 针对轧制板材或纤维增强复合材料的预应变状态，详细阐述了Hill-48、Barlat-YLT等非等向硬化模型的数学形式及其在有限元分析中的应用，强调了材料方向性对塑性流动路径的影响。 3. 状态变量理论： 引入损伤变量和内变量的概念，构建热力学一致的塑性本构关系，确保模型在能量守恒和熵增原理下的合理性。 第二章：损伤力学与疲劳演化 材料的服役寿命往往受制于疲劳和损伤的累积。本章将理论研究转向了材料性能的退化过程。我们从能量角度出发，定义了损伤变量，并将其与微裂纹的萌生、扩展和汇合联系起来。 重点分析了以下理论框架： 1. 连续损伤力学（CDM）： 基于等效损伤的概念，构建了描述材料刚度退化的本构方程。详细分析了Lemaitre应变等效损伤模型和Kachanov标量损伤模型的适用范围及参数辨识方法。 2. 微观损伤演化： 探讨了孔隙率（Void Growth）和微裂纹（Microcrack Density）在塑性应变场中的分布和演化规律。引入Gurson-Tvergaard-Needleman (GTN) 模型，精确描述了高应力集中区域材料的塑性软化直至穿透性失效。 3. 疲劳寿命预测： 结合应力-寿命（S-N）法和应变-寿命（ε-N）法，分析了宏观载荷周期性作用下材料内部微观损伤的累积机制。重点讲解了基于Paris定律的裂纹扩展速率公式，并讨论了在多轴疲劳载荷（如旋转弯曲）下的应力状态修正方法。 第三章：断裂力学的多尺度耦合 理解材料如何最终失效，需要跨越从微观裂纹萌生到宏观裂纹扩展的尺度。本章将断裂力学理论与材料的塑性行为紧密结合。 本章内容涵盖： 1. 弹塑性断裂参数： 重新审视了Griffith能量释放率的概念，并发展出描述塑性材料中裂纹尖端场状态的弹塑性断裂参数。详细推导了J积分的定义及其在处理大变形和非线性材料中的优势，并讨论了其计算方法（如虚功法和域积分法）。 2. 裂纹尖端塑性区分析： 基于Dugdale-Barantat模型和Rice的塑性应力奇异性分析，计算了裂纹尖端应力应变场的分布。重点分析了小尺度屈服（SSY）和大尺度屈服（LCY）条件下的判据，以及对断裂韧性的影响。 3. 断裂韧性的表征与实验验证： 详细介绍了标准试样（如CT试样）的制备、加载规范和关键参数的测量技术，包括裂纹尖端张开位移（CTOD）和断裂韧性$K_{IC}$的确定流程。同时，结合断裂韧性的温度依赖性，讨论了韧脆转变现象的物理机制。 第四章：先进制造工艺对材料性能的影响 现代工程材料往往经过复杂的制造过程，如增材制造（3D打印）、热处理和表面改性，这些过程深刻地影响了材料的微观结构和宏观力学性能。 本章关注工艺与性能的关联： 1. 增材制造（AM）的残余应力与各向异性： 分析了激光熔融沉积（LMD）或选区激光熔化（SLM）过程中快速的加热和冷却循环导致的残余应力分布，以及晶粒尺寸、晶体取向对塑性各向异性的影响。提出了修正的本构模型来描述AM构件的初始状态。 2. 热处理对硬化层的影响： 探讨了渗碳、氮化等表面强化工艺如何形成具有梯度硬度的外壳层。使用梯度材料理论，建立描述材料弹性模量和屈服强度随深度变化的数学模型，并分析其对接触疲劳寿命的提升作用。 3. 复合材料的界面损伤： 针对纤维增强材料，研究了基体塑性与纤维/基体界面脱粘之间的耦合行为。引入界面本构关系，模拟在载荷作用下界面区域的损伤累积，并探讨了跨尺度建模（如采用代表性体积单元RVE）的必要性。 第五章：计算方法与数值模拟实践 理论模型的有效性依赖于可靠的数值实现。本章将理论知识转化为可操作的有限元分析（FEA）流程，聚焦于高度非线性问题的求解技巧。 数值实现的关键技术包括： 1. 非线性有限元迭代方案： 详细介绍求解塑性、损伤等非线性问题的牛顿-拉夫森法（Newton-Raphson）及修正的弧长法（Arc-Length Method），重点讨论了如何处理解耦和收敛性问题。 2. 高精度单元选择与网格依赖性： 分析了在处理几何非线性（大变形）和材料非线性（塑性流动）时，四面体单元和六面体单元的性能差异。讨论了如何通过局部网格加密（如XFEM）来精确捕捉裂纹尖端应力场，同时最小化网格依赖性误差。 3. 本构模型的集成与验证： 提供了将第二章和第三章介绍的复杂本构模型（如GTN模型）转化为通用有限元软件（如Abaqus/Explicit, LS-DYNA）用户子程序（UMAT/VUMAT）的结构和关键算法，并辅以实际工程案例（如深冲压、碰撞模拟）进行结果验证。 全书结构严谨，逻辑递进，理论推导详实，并注重与前沿实验观察的结合，旨在为从事先进材料设计、结构失效分析及仿真工程的高级工程师和研究人员提供一套系统且深入的理论与实践指导。

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《数值计算方法基础》这本书的编排逻辑非常清晰，它不像市面上很多教材那样堆砌公式和算法，而是注重培养读者的“计算思维”。作者从最基本的插值与拟合问题入手，逐步过渡到微分方程的数值解法，每一步的推导都伴随着清晰的误差分析和收敛性讨论。我尤其欣赏书中对有限元方法（FEM）的介绍部分，它没有直接抛出复杂的矩阵方程，而是通过对物理问题的物理意义的解读，引导读者自然而然地理解形函数和刚度矩阵的构建过程，这种“从物理到数学”的路径设计，对于初学者建立直观理解非常有帮助。书中的算例大多选自工程实际，并且作者还提供了配套的编程实现思路（虽然没有直接给出源代码，但留下了足够的思考空间），让人在学习理论的同时，也能够动手实践，真正掌握这些强大工具的应用精髓。总而言之，这是一本注重实用性与理论基础并重的教材。

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我对《流体力学前沿：湍流模拟新进展》这本书的评价可以用“前沿且烧脑”来概括。它聚焦于当前流体力学研究中最具挑战性的领域——湍流。书中对雷诺平均Navier-Stokes (RANS) 方程的各种湍流模型，如$k-epsilon$、SST模型等，进行了深入的批判性回顾，指出了它们在处理非定常、高剪切流场时的固有局限性。随后，作者将笔锋转向了更先进的模拟技术，如大涡模拟（LES）和直接数值模拟（DNS）。其中关于亚格子尺度模型构建的最新进展，尤其是基于机器学习的方法来闭合次网格应力，展现了极高的学术价值。阅读此书需要读者具备扎实的张量分析基础和一定的偏微分方程功底，因为大量的推导过程省略得不多，但对于希望站在CFD领域最前沿的工程师和研究人员来说，这本书提供了一个绝佳的、高密度的知识平台，能让你快速了解目前学界正在攻克的难点在哪里。

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读完《材料的本构关系与时变响应》，我最大的感受是作者对“状态变量”和“历史依赖性”的把握达到了极高的境界。这本书的核心在于系统地阐述了如何对具有记忆效应的材料（如粘弹性体、粘塑性体、损伤材料）建立精确的数学模型。它不仅仅是罗列了各种经典的本构方程，而是深入探究了这些方程背后的物理机制。例如，书中关于蠕变和松弛的理论，引入了基于非线性积分方程的描述，这比传统的Maxwell或Kelvin-Voigt模型的复点分析要复杂得多，但也更能准确地模拟高分子材料在长期载荷下的行为。作者在介绍损伤力学时，对能量释放率和内变量演化规律的论述非常严谨，特别是对不同损伤准则（如Lemaitre应变等值原理）在复杂应力状态下的适用性进行了大量的对比分析，并配有丰富的图表说明。这本书的专业性很强，适合已经掌握了基础固体力学的进阶学习者，它为处理时间相关材料的非线性问题提供了坚实的理论工具箱。

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这本《材料的结构与性能》深入浅出地剖析了宏观尺度下的材料行为与其微观结构之间的内在联系，让人耳目一新。作者没有停留在传统的力学分析层面，而是将热力学、统计物理学的概念巧妙地融入材料变形与断裂的研究中，构建了一个多尺度的理论框架。书中对晶体塑性理论的阐述尤为精彩，通过引入位错动力学模型，成功地将材料的本构关系与微观缺陷的演化行为联系起来，使得原本抽象的本构方程具有了清晰的物理图像。特别是关于高熵合金中相变机制的讨论，作者引用了最新的实验数据和分子动力学模拟结果，极大地拓宽了读者对复杂合金体系力学响应的认知。此外，书中对先进复合材料界面问题的处理也相当细致，平衡了理论推导的严谨性和工程应用的实用性，是一本理论深度和广度兼备的力作，对于从事材料科学研究和工程设计的人士来说，绝对是不可多得的参考书。

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《工程热力学：从微观到宏观的统一描述》这本书在传统热力学框架上做出了极具创意的拓展。它打破了以往教材中热力学定律与统计物理描述相互割裂的状态。作者巧妙地利用正则系综和巨正则系综的理论，推导出了经典热力学中的基本方程，使得熵和温度这些概念不再是凭空给出的公理，而是从分子热运动的统计规律中自然涌现出来的宏观量。书中对不可逆过程的分析尤其深入，通过引入耗散函数和熵产生率的概念，清晰地阐释了系统为什么会向平衡态演化，这比传统的克劳修斯不等式更具解释力。此外，书中对能量转换效率的分析也采用了更精细的“火用分析”方法，将不可用能的概念引入到系统设计优化中。这本书的阅读体验非常流畅，它成功地搭建了一座连接微观世界和工程实际之间的坚实桥梁，推荐给所有对物理本质有深刻探究欲望的读者。

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