Modeling and Numerical Simulation of Materials Behavior and Evolution pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Materials Research Society

作者:Zavaliangos, Antonios (EDT)/ Tikare, Veena (EDT)/ Olevsky, Eugene A. (EDT)

出品人:

页数:322

译者:

出版时间:2002-8

价格:$ 39.55

装帧:HRD

isbn号码:9781558996670

丛书系列:

图书标签:

材料建模
数值模拟
材料行为
材料演化
计算材料学
有限元
材料力学
多尺度模拟
相场模型
材料科学

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具体描述

In recent years, numerical simulation and modeling of materials coupling multiple-length scales has received much attention. While challenges remain, significant advances have been made. An equally important area of materials modeling, one that has received much less attention, is the integration of multiple physical phenomena for simulation of complex materials behavior. This volume offers a review of current capabilities in materials modeling and simulation that (1) bridge length scales and time scales and (2) couple a variety of physical phenomena to either provide insight into fundamental aspects of materials structure or predict materials behavior. By bringing together the materials modeling community from around the world, the volume provides a current snapshot of the field. Topics include: multiscale modeling; mechanical properties; transport phenomena; phase transformations; microstructure and its evolution; atomistic modeling; and materials structure and properties.

《材料行为与演化：从微观到宏观的建模与数值模拟》内容简介本书深入探讨了材料科学、固体力学与计算数学交叉领域的前沿课题，聚焦于材料在不同载荷、环境及时间尺度下的复杂行为与演化规律。全书以严谨的理论框架为基础，辅以先进的数值模拟技术，旨在为材料工程师、力学专家及计算科学家提供一套系统化、可操作的分析工具和深入的理解视角。第一部分：材料本构关系与尺度效应本书首先奠定了材料本构理论的基础。详细阐述了弹性、粘弹性、粘塑性及超弹性等经典本构模型的数学形式及其物理意义。重点分析了材料在单相与多相结构中的尺度效应，讨论了从晶体学尺度到工程尺度的信息传递机制。微观结构驱动的本构关系：详细介绍了位错动力学、晶界迁移、相变机制等微观过程如何影响宏观力学响应。通过引入晶体塑性有限元（CPFEM）方法，展示了如何将微观运动学量映射到宏观应力应变关系。时变与环境耦合效应：深入分析了材料在蠕变、松弛、疲劳和断裂等时间依赖性行为。结合了热力学原理，阐述了温度、湿度、化学环境如何耦合作用于材料的应力状态和微结构演化。损伤与断裂力学：重点构建了基于内聚力模型（Cohesive Zone Model, CZM）和内聚力断裂模型（Continuum Damage Mechanics, CDM）的损伤演化框架。讨论了裂纹成核、扩展、分支和最终断裂的数值模拟技术，特别是对复合材料界面失效的建模方法。第二部分：先进材料系统的模拟技术本部分聚焦于现代工程中具有代表性的先进材料系统，如复合材料、多孔介质、梯度材料及智能材料。复合材料的界面行为：详细分析了纤维增强复合材料（FRC）和颗粒增强复合材料（PRC）的宏观力学行为。重点研究了基体与增强相之间的界面脱粘、损伤积累过程，并运用随机模型和代表性体积单元（RVE）方法来预测材料的有效性能。多孔介质与渗透性：针对泡沫材料、岩土材料等，建立了描述孔隙结构演化与流体渗透耦合的控制方程。引入了基于三维重建和数字岩心技术的数值方法，模拟了在不同压力梯度下材料的力学响应与传输特性。梯度材料与非均匀性：探讨了材料性能在空间上连续变化的梯度材料的力学分析。提出了梯度弹性理论的修正框架，并探讨了如何利用梯度效应来提高材料的抗冲击和抗疲劳性能。智能材料的本构描述：介绍了形状记忆合金（SMA）和压电材料的耦合本构模型。重点是利用弛豫模型和相变动力学来精确捕捉这些材料在电、热、力场耦合作用下的非线性响应。第三部分：计算方法与数值实现本部分是全书的技术核心，侧重于将复杂的物理模型转化为高效可行的数值算法。有限元法的改进与应用：详述了传统有限元法在处理大变形、非线性接触和材料局部化问题时的局限性，并引入了多尺度建模方法（如次网格模型、均质化方法）。特别关注了复杂几何体网格划分策略和高精度积分点的选择。离散元法（DEM）与颗粒流体耦合：针对颗粒体系（如粉末冶金、散体力学），深入介绍了离散元法的基本原理、接触模型和能量耗散机制。进一步探讨了颗粒流体相互作用（F-DEM）的耦合求解技术。水平集方法与无网格方法：介绍了水平集（Level Set）方法在裂纹扩展、界面演化等拓扑变化问题中的应用，其优势在于对几何描述的灵活性。同时，探讨了无网格方法（如光滑粒子流体动力学 SPH）在极端冲击和流固耦合问题中的潜力。高性能计算（HPC）的优化：讨论了如何利用并行计算（如MPI、OpenMP）和GPU加速技术来求解超大规模的材料模拟问题，包括并行化策略、数据负载均衡及内存管理等工程实践问题。总结与展望全书不仅提供了详尽的理论推导和模型构建，更强调了从模拟结果到工程指导的转化。它致力于克服传统数值方法在处理极端条件和多尺度耦合问题时的挑战，为理解和预测复杂材料的长期服役行为提供强大的计算工具。读者将能够掌握一套完整的工具箱，用以分析并设计具有特定功能和优异性能的新型材料系统。