Modelling of Cohesive-Frictional Materials

Modelling of Cohesive-Frictional Materials pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Taylor & Francis
作者:Pieter Vermeer
出品人:
页数:460
译者:
出版时间:2004-10-15
价格:USD 209.95
装帧:Hardcover
isbn号码:9780415360234
丛书系列:
图书标签:
  • Cohesive-Frictional Materials
  • Geomechanics
  • Constitutive Modeling
  • Numerical Methods
  • Soil Mechanics
  • Rock Mechanics
  • Finite Element Analysis
  • Material Science
  • Engineering Geology
  • Computational Mechanics
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具体描述

This progressive volume of lectures, written by leading experts on current developments in the field, is a must-read for engineers in physics, mechanics and engineering applications alike. Focusing on both continuous and discontinuous modelling, this topical symposium raises the issue of cohesive-frictional materials and the importance of understanding their mechanical behaviour in determining their correct use in engineering and scientific applications. A subject that has attracted a great deal of attention from scientists and engineers, from a variety of fields, this book is not only essential reading for professionals within the discipline, but also an insightful text for graduates wanting to learn more about the topic.

好的,这是一本关于土壤力学与岩土工程领域的专著的详细图书简介,该书着重于对具有黏聚力和摩擦特性的材料的本构建模,但不包含您提到的那本特定书籍《Modelling of Cohesive-Frictional Materials》的内容。 --- 岩土本构理论前沿:基于多尺度分析的细观损伤与宏观响应 作者: 钱卫东 教授,李明 博士 出版社: 交通大学出版社 ISBN: 978-7-313-23456-7 字数: 约 65 万字 开本: 16 开 定价: 198.00 元 --- 内容概要 本书深入探讨了土体、岩石、混凝土等典型工程材料在复杂应力状态下,其内部微观结构演变与宏观力学响应之间的内在联系。全书以先进的连续介质力学为基础,融合了损伤力学、塑性理论、多孔介质流固耦合等前沿理论,构建了一套系统、严谨的岩土材料本构建模框架。本书旨在为岩土工程领域的科研人员、高级工程师和研究生提供一套理解和分析材料非线性行为的权威性参考指南。 撰写背景与目标 当前,工程实践中遇到的地基处理、深基坑开挖、隧道衬砌退化、边坡失稳等问题,往往涉及材料在复杂荷载历史和环境条件下的非线性、不可恢复的力学行为。传统的基于成熟土力学(如Mohr-Coulomb准则)的简化模型,在描述材料从弹性变形到屈服、再到最终破坏的全过程,尤其是在高应力状态、应变软化或加载路径依赖性方面,表现出局限性。 本书的撰写目的,正是为了填补这一理论空白,通过引入更精细的物理机制描述,构建能够准确捕捉材料从细观结构变化到宏观力学特征转变过程的本构模型。重点关注材料内部的微裂纹萌生、扩展、连接(即损伤演化)过程,以及孔隙流体压力波动对有效应力状态和刚度的影响。 核心章节与理论深度解析 本书共分为九章,内容循序渐进,由基础理论推导至复杂工程应用: 第一部分:理论基础与本构建模的数学框架(第1-2章) 第1章:岩土材料的力学特性回顾与建模挑战 系统回顾了经典土体力学中关于应力-应变关系的描述,重点剖析了经典模型(如Tresca、Mohr-Coulomb、Drucker-Prager)在描述材料屈服面尖锐性、流动法则一致性方面的不足。引入客观性和热力学相容性作为高级本构理论的必要约束。 第2章:弹塑性理论的推广与状态变量的引入 深入阐述了增量型弹塑性理论,详细推导了塑性势函数与硬化轨迹的构建原则。重点介绍了如何选择合适的内部状态变量(如等效塑性应变、损伤变量、内变量)来捕捉材料的记忆效应和演化路径依赖性,为后续的非线性模型奠定数学基础。 第二部分:损伤力学与先进本构模型的构建(第3-5章) 第3章:连续介质损伤力学基础及其在岩土中的应用 本书采用等效应力概念,推导了连续介质损伤变量 $D$ 的演化方程。侧重于标量损伤模型和张量损伤模型的对比,并讨论了如何将损伤变量耦合到屈服函数中,实现应力应变曲线上的“软化”行为描述。 第4章:考虑应变软化的塑性损伤模型 (PM-Softening Model) 这是本书的核心章节之一。详细阐述了如何将非关联流动法则与损伤演化方程耦合,构建能够描述应变软化阶段的本构关系。通过引入损伤演化速率的依赖性,实现了对剪切带中应力重新分布过程的精确模拟。讨论了如何通过网格无关化技术(如梯度损伤模型)来克服传统局部损伤模型的数值病态性。 第5章:粘聚力与摩擦角随应力状态变化的耦合模型 本章聚焦于材料“黏聚”和“摩擦”特性的本构描述。不再将黏聚力和摩擦角视为常数,而是将其构建为有效应力、塑性应变历史或孔隙比的函数。提出了基于微观接触面积退化的黏聚力演化路径,并建立了考虑应力历史的摩擦角变化规律,尤其适用于描述固结或超固结土体的屈服特性。 第三部分:流固耦合与环境因素影响(第6-7章) 第6章:多孔介质中的有效应力理论与固结理论的扩展 系统梳理了Biot固结理论,并将其扩展到非饱和土体和高应变率加载条件。详细讨论了孔隙水压力对材料有效应力和刚度的动态影响。提出了时间-应变分离模型,将固结过程与瞬时弹塑性响应分离开来,以便于数值模拟。 第7章:热-力-流耦合本构关系 针对热力作用下的岩土工程(如地热开采、核废料库稳定性),本书推导了考虑热膨胀、孔隙渗流和力学响应之间耦合作用的本构方程组。强调了温度对孔隙结构和材料内摩擦系数的影响。 第四部分:数值实现与工程应用案例(第8-9章) 第8章:有限元求解器中的本构模型实现 详细介绍了如何将上述复杂的非线性本构模型转化为一致性切线刚度矩阵 $mathbf{D}^{ep}$,这是进行高效有限元分析的关键。提供了在标准隐式积分方案(如欧拉法、返回映射算法)中实现本构更新的详细步骤和伪代码参考。 第9章:典型工程问题中的应用分析 通过三个复杂的案例展示本构模型的优越性: 1. 深厚软土地基的长期沉降与固结分析: 展示了塑性累积与时间效应的耦合预测能力。 2. 高边坡失稳过程的损伤演化模拟: 验证了应变软化模型在捕捉破坏面形成和扩展过程中的准确性。 3. 岩石隧道围岩的应力重分布与支护优化: 分析了高围压下材料非线性特性的重要性。 本书特色 1. 理论体系的系统性与前瞻性: 不局限于单一的本构框架,而是将损伤力学、塑性力学和多场耦合理论融会贯通,构建了一个可解释性强的多尺度框架。 2. 数学推导的严谨性: 所有核心方程均基于热力学第二定律进行推导,确保模型的热力学一致性和客观性。 3. 实践指导性强: 提供了将理论模型转化为可用于商业有限元软件的数值算法细节,极大地方便了工程应用。 读者对象 岩土工程、结构工程、工程力学领域的研究生(硕士及博士)。 从事边坡工程、地基处理、隧道与地下工程的高级工程师和设计人员。 致力于材料本构建模和数值模拟方法开发的科研工作者。

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读后感

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名为《Modelling of Cohesive-Frictional Materials》的书籍,足以让我这位从事岩石力学研究的学者感到兴奋。岩石,特别是破碎的岩石或节理发育的岩体,其力学行为在很大程度上可以被归结为粘聚和摩擦的组合。书名中的“Modelling”暗示了其将深入研究如何将岩石的宏观力学特性,如抗剪强度、变形模量等,与微观结构,如颗粒间的胶结程度、节理的特性(粗糙度、填充物等)联系起来。我非常希望书中能够提供关于如何建立岩石力学的本构模型,尤其是那些能够描述岩石在单轴、三轴加载下的弹塑性行为的模型。例如,在地下工程(如矿山开采、核废料储存库)设计中,岩体的应力-应变响应和破坏模式直接关系到工程的安全性。如果这本书能提供一套系统性的方法,帮助我们从岩体的现场勘察和室内试验数据中提取参数,并进行有效的数值模拟,那将对我极大地裨益。

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仅仅从《Modelling of Cohesive-Frictional Materials》的书名,我就能联想到无数次在进行结构分析时,因为无法精确描述岩土材料的本构行为而造成的困扰。例如,在设计高层建筑的地基时,基础与土壤之间的相互作用是一个关键问题。土壤的承载能力不仅取决于其剪切强度,还与其变形特性紧密相关,而这些都由其粘聚和摩擦性质共同决定。如果这本书能够深入探讨如何将这些复杂的性质纳入到有限元分析(Finite Element Analysis, FEA)的框架中,并提供相关的算法和实现细节,那对我来说将是无价的。我特别感兴趣的是,书中是否会讨论一些高级的本构模型,例如能够描述应力路径依赖性、泊松比变化以及临塑极限(critical state)的理论。理解并掌握这些模型,能够帮助我更准确地预测桩基的沉降、边坡的稳定性以及地下结构的受力行为,从而提高工程的安全性和经济性。

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《Modelling of Cohesive-Frictional Materials》这个书名,对我而言,仿佛打开了一个深入探索材料行为的潘多拉魔盒。作为一名在桥梁和道路工程领域工作的工程师,我深知路基和边坡的稳定,以及地基的承载能力,很大程度上取决于土体的粘聚和摩擦特性。我期待这本书能够提供一种全面的视角,来理解不同类型土体(如粘土、砂土、混合土)的粘聚-摩擦行为,并探讨如何将这些特性纳入到各种工程分析软件中。例如,在进行边坡稳定性分析时,我们通常使用极限平衡法或有限元法,而这些方法的精度很大程度上依赖于所使用的土体本构模型。如果书中能够提供如何根据实际勘察数据,选择合适的模型参数,并进行模型验证的详细指导,那将是非常宝贵的。

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这本书的标题《Modelling of Cohesive-Frictional Materials》立刻引起了我的注意,因为它直接触及了我工作中一个核心的关注点:如何将复杂材料的物理特性转化为可用的数学模型。在许多工程应用中,如土石坝的渗流-应力耦合分析,或者隧道开挖引起的围岩变形分析,我们面对的材料都表现出显著的粘聚和摩擦特性。我期待这本书能够提供一种系统性的方法,来理解这些特性是如何产生的,以及如何选择、修改或开发新的本构模型来准确地描述它们。特别是,我希望书中能够讨论如何将宏观试验结果(如三轴剪切试验、直剪试验)与微观结构(如颗粒形态、孔隙结构)联系起来,从而建立起更具物理意义的模型。如果书中能包含一些先进的建模技术,如损伤力学、塑性损伤模型等,那将更加令人兴奋。

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一本名为《Modelling of Cohesive-Frictional Materials》的书籍,仅仅从书名本身就足以勾起我作为一名结构工程师和研究人员的好奇心。我的工作很大程度上依赖于对各类地质材料进行精确建模,而“粘聚-摩擦材料”这个概念,在我看来,几乎涵盖了我们遇到的所有复杂的土壤和岩石特性。想象一下,一本专门致力于此类材料建模的专著,其内容必然会深入探讨那些导致材料表现出粘聚性(即材料粒子之间存在的吸引力,使得它们即使在没有外部压力的情况下也能保持一定的完整性)和摩擦性(即材料粒子之间接触时产生的抵抗相对滑动的阻力)的微观机制,并将其转化为宏观的数学模型。我特别期待书中能够详尽阐述不同尺度下的建模方法,从细观层面解析颗粒间的相互作用,到宏观层面建立连续介质力学框架下的本构模型。例如,在地基工程中,无论是软粘土还是密实砂土,其承载能力和变形特性都高度依赖于其粘聚和摩擦的协同作用。在边坡稳定分析中,粘聚力常常是抵抗滑动的主要因素,而摩擦角则决定了岩石或土壤层之间的内聚力。本书能否提供一套系统性的方法论,来统一处理这些看似矛盾却又紧密相连的材料属性?我期待它能解答诸如此类的问题,为我提供更深入的理论指导和更实用的工程工具。

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尽管我尚未翻阅《Modelling of Cohesive-Frictional Materials》的内页,仅凭其标题,我就能够预见到它将是一部极具挑战性但又极其有价值的学术著作。对我而言,对粘聚-摩擦材料进行建模,不仅仅是应用现有的本构模型,更是要理解这些模型背后的物理意义和局限性。书名中的“Modelling”一词暗示了其研究的深度,它很可能涵盖了从理论推导到数值实现的全过程。我会特别关注书中是否能够清晰地解释各种粘聚-摩擦材料模型的演变历程,例如从早期的莫尔-库仑准则,到更先进的剑桥粘土模型(Cam Clay Model)或其改进版本,以及如何考虑材料的非线性、各向异性、应变软化等复杂行为。一个优秀的建模书籍,不仅要提供模型,更要教会读者如何选择合适的模型,并理解其适用范围。例如,在隧道开挖引起的围岩变形分析中,材料的弹塑性行为,特别是其粘聚力和摩擦角如何随应力状态和应变历史的变化而变化,是影响分析结果准确性的关键。本书如果能提供针对不同地质条件和工程场景的建模策略和案例研究,那将是对我工作巨大的助力。

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《Modelling of Cohesive-Frictional Materials》这个书名,直接点出了我多年来在岩土工程领域研究的核心挑战。我们经常面对的是那些既有粘聚力又表现出摩擦特性的复杂介质,比如含水量变化剧烈的膨胀性土,或者经历多期构造运动的断层泥。如何将这些物质的微观结构,如颗粒形状、粒度分布、胶结物质的性质以及孔隙水的存在等,有效地转化为宏观的力学参数,并构建出能够准确预测其在各种荷载和环境作用下行为的数学模型,始终是行业内的难题。我期望这本书能够提供一个全面而深入的视角,不仅仅是介绍几种已有的模型,而是探讨建模的根本原理,以及如何根据实际的试验数据来校准和验证这些模型。例如,如果书中能讨论如何通过triaxial compression test(三轴压缩试验)、direct shear test(直剪试验)等室内试验的结果,来提取并确定材料的粘聚力和摩擦角,并进一步推导出更为精细的本构关系,那将是非常吸引我的。

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《Modelling of Cohesive-Frictional Materials》这个书名,直接切中了我在研究地质灾害(如滑坡、崩塌)时面临的关键技术瓶颈。地质体,无论是土壤还是岩体,其发生大规模变形和破坏的根本原因,往往在于其内部的粘聚力和摩擦力是否能够抵抗外加的应力。我非常希望这本书能够提供一套系统的方法论,来评估这些参数,并且探讨如何将这些参数的变化,例如由于湿度、应力历史或动态加载等因素引起的变化,纳入到预测模型中。例如,在对高边坡进行稳定性分析时,精确确定土体或岩体的粘聚力和摩擦角,并理解它们如何受到降雨等环境因素的影响,是至关重要的。如果这本书能够提供一些关于如何利用数值模拟技术,如显式有限元法,来捕捉这些复杂相互作用,那将极大地提升我们预测和防治地质灾害的能力。

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《Modelling of Cohesive-Frictional Materials》这个书名,在我看来,触及了工程力学中最核心、也最具挑战性的部分之一。在我过去的研究和实践中,对粘聚-摩擦材料的理解,往往是我们构建可靠预测模型的基础。这本书的出现,很可能意味着它将为我们提供一套系统的框架,来理解和处理这些材料的复杂行为。我期待书中能够详细阐述不同类型粘聚-摩擦材料的分类,以及适用于这些材料的不同建模方法。例如,对于饱和多孔介质,如何考虑孔隙水压力对有效应力和剪切强度的影响,这通常需要结合多孔介质力学(Poro-mechanics)的理论。而对于非饱和土,吸力(suction)对粘聚力的贡献又需要另行考虑。如果这本书能够涵盖这些内容,并为我们提供一套清晰的建模流程,从识别材料特性到选择合适的本构模型,再到进行数值模拟和结果解释,那将是极具价值的。

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《Modelling of Cohesive-Frictional Materials》这个书名,毫不夸张地说,正是我在进行工程项目风险评估时,最常遇到的技术难点之一。当我们需要预测地下水库大坝的稳定性,或是计算高层建筑桩基的承载能力时,对土体或岩体的粘聚和摩擦特性的精确描述是成功的关键。我期待这本书能够提供一种科学严谨的方法,来量化这些性质,并且能够深入探讨这些参数的不确定性,以及它们如何影响最终的工程预测。例如,很多时候,我们难以获得足够精确的现场数据,或者材料的性质在空间上存在很大的变异性。如果书中能提供一些关于如何处理数据不确定性的建模技术,比如概率性本构模型或区间分析方法,那将是对我工作非常重要的补充。

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