Advances In Multiphysics Simulation And Experimental Testing Of MEMS (Computational Adn Experimental pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Imperial College Press

作者:Attilio Frangi

出品人:

页数:504

译者:

出版时间:2008-07-29

价格:USD 151.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9781860948626

丛书系列:

图书标签:

• MEMS
• Multiphysics Simulation
• Experimental Testing
• Computational Methods
• Structural Analysis
• Microelectromechanical Systems
• Finite Element Analysis
• Modeling
• Sensors
• Actuators

计算与实验结构方法在先进多物理场模拟与测试中的应用 书籍简介 本书深入探讨了现代工程结构领域中，计算模拟与实验测试相结合的尖端方法论。随着工程系统的复杂性日益增加，尤其是在微机电系统（MEMS）、先进材料和极端环境下的结构设计中，对精确预测和验证的需求变得尤为迫切。本书旨在提供一个全面的框架，指导读者如何有效地整合基于物理的建模、高精度数值分析与先进的实验表征技术，以解决当代结构工程中的核心挑战。 全书的焦点在于“多物理场耦合”——即结构响应不再是单一力学问题的孤立体现，而是热、电、磁、流体等多种物理场相互作用的结果。我们首先对当前计算结构力学（CSM）的前沿进展进行了梳理，特别关注了非线性动力学、损伤演化和材料本构关系建模的最新突破。随后，我们将这些理论工具与一系列先进的实验技术相结合，形成一个闭环验证系统。 第一部分：高级计算建模基础与拓展 本部分奠定了坚实的数值分析基础，并将其扩展到复杂系统。 第1章：非线性有限元分析的深化 本章详细讨论了在高应变率、大变形以及涉及材料屈服和断裂的结构模拟中，如何选择和实施合适的非线性求解器（如隐式和显式方法）。重点分析了弧长法、混合方法在处理极限载荷问题中的优缺点。此外，还深入探讨了空间离散化误差的控制策略，包括自适应网格细化（h/p-refinement）技术在确保计算结果收敛性和可靠性方面的关键作用。 第2章：多物理场耦合：理论与数值实现 结构行为的真实描绘要求我们必须处理场的相互作用。本章系统阐述了热-结构、电-结构、以及流-固耦合（FSI）的耦合机制。在热-结构方面，详细介绍了如何处理热膨胀、热梯度对材料模量的影响，并展示了瞬态热载荷下的应力波传播。对于电-结构耦合，特别是压电效应和静电力驱动的微纳结构，我们将探究如何将麦克斯韦方程组的解与结构变形场进行同步迭代求解，确保界面条件的连续性。FSI部分则侧重于ALE（任意拉格朗日-欧拉）方法在描述流体运动对结构表面载荷作用时的优势。 第3章：先进材料本构模型的建构与校准 传统线性弹性模型已不足以描述现代工程中使用的复合材料、功能梯度材料（FGMs）或智能材料。本章重点介绍了损伤力学（如内聚力模型Cohesive Zone Models, CZM）在预测界面分离和裂纹扩展方面的应用。对于涉及塑性、粘塑性和蠕变的材料，我们探讨了基于状态变量的连续介质力学方法，并讨论了如何利用实验数据对这些复杂模型中的微观参数进行优化校准。 第4章：随机性与不确定性量化（UQ） 真实世界的参数（如载荷、材料属性、几何尺寸）总是带有不确定性。本章介绍了将不确定性引入结构分析的框架。内容涵盖概率分布的选择、蒙特卡洛模拟（Monte Carlo Simulation, MCS）的高效替代方案如点估计法（Point Estimate Schemes, PES）和随机响应面法（Stochastic Response Surface Method, SRSM）。最终目标是评估结构失效概率和设计裕度，而非仅仅得到一个确定性的响应。 第二部分：精密实验表征与数据驱动验证 本部分转向物理测试，重点关注如何获取高精度、高时空分辨率的结构响应数据，并将其与计算模型进行有效对比。 第5章：先进的结构动力学测试技术 动力学测试是验证模型预测能力的关键。本章详细介绍了模态分析的最新进展，包括激光多点振动测量系统（Polytec PSV/MSA）的应用，它能提供整个表面的高密度位移场数据，远超传统加速度计的局限性。对于瞬态响应测试，我们讨论了同步激光多普勒测振仪（LDV）与高速摄像系统在捕获冲击和振动隔离性能时的协同工作。 第6章：原位与高分辨率材料表征 在电子显微镜（SEM/TEM）环境下进行的原位测试是理解微观机制的强大工具。本章阐述了如何设计微型加载平台（如微拉伸/压缩台），以便在受控环境中观察和量化纳米/微米级结构的变形、孪生或断裂过程。关键在于如何将这些高倍率图像转化为可用于模型输入的应变场数据，例如使用数字图像相关技术（DIC）的增强版本。 第7章：全场应变测量：数字图像相关（DIC）的精进 DIC技术已成为结构测试的标准工具，但其在复杂环境下的应用仍有挑战。本章深入探讨了三维DIC系统（3D-DIC）的标定、图像处理算法（如子像素插值）的优化，以及在高温或高频振动条件下的数据采集策略。特别关注了如何利用高密度应变图谱来识别和精确率定局部应力集中区，这对于验证疲劳和损伤起始点至关重要。 第8章：计算与实验的协同——模型修正与数据同化 本部分是全书的核心价值所在：如何实现计算与实验的有效反馈循环。我们介绍了模型修正（Model Updating）的技术，即利用实验模态数据（频率、振型）来系统性地调整有限元模型中的质量和刚度矩阵。讨论了基于灵敏度分析的方法（如牛顿法）和基于贝叶斯框架的修正方法，后者能够自然地整合先验知识和实验测量的不确定性。同时，探讨了数据同化（Data Assimilation）技术在实时修正预测模型中的应用潜力，以应对结构在服役过程中性能的缓慢退化。 结语 本书强调，高性能结构工程的未来不再是单纯依赖更快的计算机或更精密的传感器，而是依赖于对两者之间接口的深刻理解和有效管理。通过整合先进的计算框架与严格的实验验证，工程师将能够以更高的置信度设计出下一代具有前所未有可靠性和功能性的工程系统。本书适合从事高级结构分析、材料科学研究的高年级研究生、博士后研究人员以及资深结构工程师和研发人员作为专业参考资料。

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这本著作给我留下了深刻的印象，它以一种前所未有的深度和广度，剖析了MEMS领域中多物理场模拟与实验测试的最新进展。我从中学习到了许多关于如何构建精确的计算模型来捕捉MEMS器件中复杂的相互作用，比如热、力、电、磁以及流体动力学的协同效应。作者不仅讲解了理论模型，更重要的是，它展示了如何将这些模型转化为可执行的仿真代码，并通过实际的实验数据进行验证。这种理论与实践的无缝结合，让我对MEMS器件的设计和优化有了更清晰的认识。书中对各种先进的实验测量技术，如干涉测量、原子力显微镜以及微流控测试平台的应用，也进行了详尽的介绍，这为我未来进行实验研究提供了宝贵的参考。总的来说，这本书不仅是一本技术手册，更像是一份指引，带领读者深入探索MEMS技术的无限可能。

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这是一本引人入胜的图书，它深入探讨了微机电系统（MEMS）领域的前沿研究。在阅读的过程中，我被书中提出的各种新颖的模拟方法和实验技术深深吸引。作者以一种非常系统和详尽的方式，展示了如何将复杂的物理现象在MEMS器件中进行建模和分析。例如，书中对压电效应、热致伸缩以及流固耦合等跨越多物理场的相互作用进行了深入的剖析，并提供了相应的计算框架。我特别欣赏的是，作者不仅仅停留在理论层面，而是将这些理论与实际的实验验证紧密结合。书中给出了大量的实验数据和对比分析，这使得我们能够清晰地理解理论模型的准确性和适用性。对于MEMS工程师和研究人员来说，这本书提供了一个宝贵的参考，可以帮助他们更好地设计、优化和测试MEMS器件。它不仅涵盖了基本的概念，还涉及了一些高级的、甚至是尚未完全成熟的研究方向，这使得这本书具有很强的时效性和前瞻性。总而言之，这是一本对MEMS领域研究和应用有深远影响的书籍，强烈推荐给任何对MEMS技术感兴趣的专业人士。

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读完这本书，我仿佛经历了一场关于MEMS精密工程的学术盛宴。它以一种高度专业但又不失清晰的方式，为我揭示了MEMS器件在多物理场耦合下的复杂行为。书中的内容犹如一座精心搭建的桥梁，连接了理论的严谨与实践的挑战。我尤其对书中关于如何精确捕捉纳米尺度和微米尺度下的物理效应的论述印象深刻。例如，作者在描述表面效应和量子效应在MEMS器件中的作用时，所采用的数学模型和数值方法都非常精妙。同时，书中关于实验测试的章节，也提供了非常实用的指导。从传感器的校准到器件的可靠性评估，每一个步骤都经过了细致的考量和详尽的阐述。我感觉自己不仅学习到了知识，更获得了一种解决实际问题的思维方式。这本书不仅仅是知识的堆砌，更是一种智慧的传递，它激发了我对MEMS技术更深层次的探索欲望。对于想要深入理解MEMS设计与测试的读者，这本书无疑是一笔宝贵的财富。

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这本书给我带来了全新的视角来审视MEMS技术的发展。它并没有简单地罗列各种MEMS器件，而是聚焦于理解和模拟支撑这些器件运行的深层物理原理。我特别喜欢书中对计算方法和实验手段之间协同作用的强调。作者用大量篇幅阐述了如何通过高精度的仿真来预测器件性能，以及如何通过精密的实验来验证这些预测。这种“理论与实践并行”的模式，是我在其他同类书籍中很少见到的。书中的例子生动而具体，涵盖了从传感器到执行器的广泛应用，为我提供了丰富的灵感。例如，在处理复杂的热应力耦合问题时，书中提出的多尺度建模方法，极大地提高了仿真的效率和准确性。同时，作者在介绍实验技术时，也充分考虑了实际操作中的难点和挑战，给出了非常具有指导意义的建议。这是一本能够真正提升读者解决复杂工程问题的能力的著作。

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我必须承认，这本书的深度和广度令我惊叹。它在MEMS领域的多物理场模拟和实验测试方面，提供了非常扎实和前沿的知识。作者对于如何将复杂的物理现象转化为可管理的数学模型，以及如何利用这些模型进行精确的预测，有着独到的见解。我特别欣赏书中对不同仿真方法的比较分析，以及它们在不同应用场景下的优缺点。这使得我可以根据自己的需求，选择最合适的方法。同时，书中关于实验技术的部分，也给我带来了很多启发。例如，作者在介绍如何进行高精度位移测量和应力分析时，所使用的设备和方法都非常先进。这本书不仅仅是理论知识的灌输，它更像是一场思维的启迪，让我能够以一种全新的方式去思考MEMS器件的设计和测试。对于任何想要在该领域做出贡献的研究者和工程师来说，这绝对是一本不可或缺的读物。

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