层状弹性体系的力学分析与计算

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出版者:科学
作者:王凯
出品人:
页数:261
译者:
出版时间:2009-8
价格:48.00元
装帧:
isbn号码:9787030243393
丛书系列:
图书标签:
  • 计算力学5
  • 力学
  • 层状结构
  • 弹性力学
  • 有限元分析
  • 结构计算
  • 力学分析
  • 复合材料
  • 分层介质
  • 数值方法
  • 工程力学
  • 结构工程
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具体描述

《层状弹性体系的力学分析与计算》系统地叙述了层状弹性体系的力学分析与计算及其数学力学基础理论知识。内容包括:弹性力学(空间问题、空间轴对称问题、空间轴对称弹性体扭转问题)公式简介;表面承受轴对称和非轴对称荷载(垂直荷载、向心水平荷载、单向水平荷载、旋转水平荷载和刚体施压荷载)作用时层状弹性体系的力学分析与计算;应用阻尼最小二乘法由实测垂直位移值反算多层弹性体系各层的弹性模量;多层弹性地基板的力学分析与计算;特殊函数(伽马函数、椭圆积分、超几何函数、贝塞尔函数和勒让德函数)和积分变换(傅里叶积分变换和汉克尔积分变换)等。

《层状弹性体系的力学分析与计算》是迄今为止国内在上述学术领域内容最全面、最系统的一本专著,它是作者多年研究工作心血的结晶。在撰写《层状弹性体系的力学分析与计算》的过程中,作者力求书中的内容明了易懂、深入浅出,凡是学过高等数学以及对弹性力学基本概念有所了解的人,都可以通过自学阅读《层状弹性体系的力学分析与计算》。

《层状弹性体系的力学分析与计算》可供高等院校道路工程专业或相关专业的教师、研究生、高年级大学生以及从事道路工程专业或相关专业的设计、研究人员参考或学习。

好的,以下是针对一本假设名为《层状弹性体系的力学分析与计算》的书籍,撰写的、不包含该书内容的详细图书简介: --- 《先进复合材料的非线性蠕变与疲劳研究》 卷首语:从微观结构到宏观性能的跨越 本书深入探讨了当前航空航天、土木工程以及高端制造业中至关重要的一个领域:先进复合材料在长期服役条件下的非线性蠕变和疲劳行为。随着对材料性能要求的日益提高,传统的线性力学模型已无法精确预测这些复杂材料在高温、高湿或交变载荷下的寿命与可靠性。本书旨在填补这一空白,为研究人员和工程师提供一个整合了先进实验技术、多尺度建模和可靠性评估方法的综合性工具。 第一部分:复合材料的微观结构与本构响应基础 第一章:复合材料的微观结构表征与界面物理 本章首先回顾了先进复合材料(如碳纤维增强聚合物基复合材料、金属基复合材料)的基本组成与微观形貌。重点分析了纤维、基体以及关键的界面区域对宏观力学性能的决定性影响。我们详细介绍了先进的无损检测技术(如X射线断层扫描、声发射)在表征孔隙率、微裂纹和界面脱粘等缺陷上的应用。探讨了界面化学键合、微裂纹萌生机制与纤维-基体界面滑移对整体材料粘滞行为的贡献。 第二章:非线性黏弹性与黏塑性本构模型的演进 本章聚焦于建立描述复合材料非线性行为的本构关系。我们从时间依赖性的角度,阐述了基于Anderson-Maxwell模型和Prony级数展开的线性黏弹性模型。随后,深入探讨了如何引入非线性因素,特别是基于应变率依赖性的黏塑性理论(如Norton-Hoff模型)与黏弹性理论的耦合。详细推导了适用于温度敏感效应的广义麦克斯韦模型,并讨论了如何通过实验数据校准模型中的非线性参数。 第三章:温度与环境因素对材料性能的耦合效应 环境因素,尤其是温度和湿度的变化,是导致复合材料性能退化的重要诱因。本章详细分析了湿热老化对基体树脂的玻璃化转变温度($T_g$)的影响,以及由此引起的材料内部应力和松弛行为的改变。引入了时间-温度等效原理(TTSP)在蠕变分析中的应用,并展示了如何通过WLF方程对不同温度下的松弛时间进行外推预测。 第二部分:蠕变行为的长期预测与寿命评估 第四章:稳态与瞬态蠕变模型的精细化分析 蠕变过程通常被划分为瞬态蠕变、稳态蠕变和加速蠕变三个阶段。本章专注于建立能够精确区分和描述这三个阶段的数学模型。我们详细论述了基于几何非线性和应变硬化机制的稳态蠕变模型,并探讨了瞬态蠕变阶段中,分子链的再取向和链段运动的动力学过程。特别关注了复合材料中由界面脱粘导致的非均匀应变场对整体蠕变速率的加速作用。 第五章:蠕变断裂的概率论与寿命预测 蠕变不仅是应变积累的过程,更是最终导致失效的过程。本章将概率论方法引入蠕变断裂分析。引入了Weibull统计模型和极值理论来描述试件间的寿命分散性。发展了基于等效损伤变量的蠕变累积损伤模型,通过监测微裂纹的萌生和扩展速率,建立起应力、温度与断裂时间之间的定量关系。重点讨论了基于残余强度法的寿命预测方法。 第六章:复合材料的疲劳损伤演化与耦合效应 疲劳是结构服役中最常见的失效模式。本章集中研究了在交变载荷作用下,疲劳损伤与蠕变损伤的协同作用(蠕变疲劳)。详细分析了低周疲劳(LCF)和高周疲劳(HCF)的应力应变响应特性,并引入了能量耗散理论来量化疲劳损伤累积。构建了结合线性累积损伤法则与非线性时间依赖性损伤演化的耦合模型,用以预测蠕变疲劳下的结构剩余寿命。 第三部分:先进计算方法与实验验证 第七章:基于有限元的蠕变疲劳耦合仿真 本章转向数值模拟方法,详细介绍了如何利用商业有限元软件平台(如Abaqus/ANSYS)实现先进复合材料的蠕变疲劳分析。讲解了如何自定义用户材料子程序(UMAT/VUMAT)来嵌入复杂的非线性本构模型和损伤演化准则。重点演示了网格划分策略、时间步进控制以及如何处理大变形和接触界面的问题,以获得高精度的应力场和寿命预测结果。 第八章:多尺度建模策略与界面损伤的数值模拟 为了更深入地理解宏观性能的来源,本章介绍了多尺度建模的必要性。从原子尺度模拟(分子动力学)到介观尺度(Representative Volume Element, RVE),阐述了如何通过介观模型来计算有效的均化本构参数,特别是考虑纤维-基体界面的松弛和损伤。展示了基于RVE模型的损伤演化路径,并将其反馈至宏观模型中,实现跨尺度的信息传递。 第九章:实验验证与先进测试平台搭建 理论和仿真必须经过严格的实验验证。本章详细介绍了先进的蠕变疲劳测试平台设计,包括高温蠕变试验箱、实时声发射监测系统以及同步同步加速器X射线成像技术(In-situ X-ray Tomography)在实时观察内部损伤过程中的应用。提供了标准化的试样制备、加载程序设计以及数据后处理方法,确保实验结果的准确性和可重复性。 结论与展望 本书的最终目标是为工程师提供一个系统的框架,用以可靠地预测和设计长期服役于复杂环境下的先进复合材料结构。未来的研究方向将集中在引入机器学习方法来加速材料参数的反演与模型修正,以及进一步研究极端环境(如超高温或高辐射)下的材料退化机理。 关键词: 先进复合材料;非线性蠕变;疲劳分析;蠕变疲劳;黏弹性;多尺度建模;寿命预测;有限元仿真。 适用对象: 材料科学家、结构工程师、航空航天领域的研究人员、从事先进结构可靠性分析的专业人士。

作者简介

目录信息

前言 第一章 绪论 参考文献 第二章 弹性力学公式简介 第一节 弹性力学空间问题的基本方程 第二节 空间轴对称问题和空间轴对称弹性体扭转问题的基本方程 一、空间轴对称问题的基本方程 二、空间轴对称弹性体扭转问题的基本方程 第三节 不同坐标系之间应力与位移分量的坐标变换公式 第四节 主应力与应力主向 第五节 最大剪应力 第六节 应变能 参考文献 第三章 层状弹性体系的力学分析与计算 第一节 基本假定表面应力边界条件和层间结合条件 一、基本假定 二、表面应力边界条件 三、层间结合条件 第二节 用位移函数法建立应力与位移分量的表达式 第三节 表面承受轴对称圆形分布垂直荷载或向心水平荷载作用时层状弹性体系的力学计算 一、计算简图 二、应力应变和位移分量表达式 三、定解条件 四、应力应变和位移分量表达式的变换 五、根据定解条件建立求解积分常数的线性代数方程组 六、由线性代数方程组求解积分常数 七、积分计算 八、弹性半空间体的应力与位移计算 九、水平刚性基岩上层状弹性体系的力学计算 十、完全连续界面上相邻上下层对应点应力应变和位移分量的关系式 十一、多圆荷载作用下应力与位移的计算 第四节 表面承受圆形分布单向水平荷载作用时层状弹性体系的力学计算 一、计算简图 二、应力应变和位移分量表达式 三、定解条件 四、应力应变和位移分量表达式的变换 五、根据定解条件建立求解积分常数的线性代数方程组 六、由线性代数方程组求解积分常数 七、积分计算 八、弹性半空间体的应力与位移计算 九、水平刚性基岩上层状弹性体系的力学计算 十、完全连续界面上相邻上下层对应点应力应变和位移分量的关系式 十一、多圆荷载作用下应力与位移的计算 第五节 表面承受圆形分布旋转水平荷载作用时层状弹性体系的力学计算 一、计算简图 二、应力应变和位移分量表达式 三、定解条件 四、应力应变和位移分量表达式的变换 五、根据定解条件建立求解积分常数的线性代数方程组 六、由线性代数方程组求解积分常数 七、积分计算 八、弹性半空间体的应力与位移计算 九、水平刚性基岩上层状弹性体系的力学计算 十、完全连续界面上相邻上下层对应点应力应变和位移分量的关系式 十一、多圆荷载作用下应力与位移的计算 第六节 表面局部受圆板刚体轴对称垂直施压时弹性半空间体的力学计算 一、计算简图 二、应力和位移分量表达式 三、定解条件 四、对偶积分方程的建立与求解 五、表面局部受圆板刚体轴对称垂直施压时弹性半空间体的力学计算 第七节 表面局部受圆板刚体轴对称垂直施压时层状弹性体系的力学计算 一、计算简图 二、应力和位移分量表达式 三、定解条件 四、对偶积分方程的建立和求解 五、等价应力边界条件的建立 六、在圆形Ⅱ型曲面分布垂直荷载作用下层状弹性体系的力学计算 七、曲面分布系数m数值的确定 八、结论 第八节 应用阻尼最小二乘法由实测垂直位移值反算多层弹性体系各层的弹性模量 一、引言 二、力学计算简图和垂直位移分量的表达式 三、应用“阻尼最小二乘法”反算多层弹性体系各层的弹性模量 四、计算结果 第九节 多层弹性地基板的力学分析与计算 一、计算简图 二、轴对称垂直荷载作用下N层弹性地基的力学分析 三、多层弹性地基板的力学分析 四、多层弹性地基板的力学计算 参考文献 附录 特殊函数与积分变换 第一节 伽马函数 一、伽马函数的定义 二、T函数的性质 三、T函数的乘积公式 四、贝塔函数 五、T函数的计算 第二节 椭圆积分 一、引言 二、第一类椭圆积分 三、第二类椭圆积分 四、第三类椭圆积分 五、完全椭圆积分的计算 第三节 超几何函数 一、超几何级数与超几何函数 二、超几何函数的积分表达式 三、邻次函数和递推关系式 四、变换公式 五、可用超几何函数表示的初等函数 六、超几何函数的计算 第四节 贝塞尔函数 一、贝塞尔函数与贝塞尔方程 二、第一类贝塞尔函数 三、第二类贝塞尔函数 四、第三类贝塞尔函数 五、变型(或虚宗量)贝塞尔函数 六、带参数λ的贝塞尔方程 七、贝塞尔函数的递推关系 八、半奇数阶贝塞尔函数Jn+1/2(x) 九、整数阶贝塞尔函数的母函数及积分表达式 十、含有贝塞尔函数的有限积分 十一、含有贝塞尔函数的无穷积分 十二、贝塞尔函数的渐近展开式 十三、第一类贝塞尔函数的零点 十四、贝塞尔函数的计算 第五节 勒让德函数 一、勒让德函数与勒让德方程 二、勒让德多项式 三、勒让德多项式的正交性 四、勒让德多项式的零点 五、高斯-勒让德数值积分和高斯-拉盖尔数值积分 第六节 积分变换 一、基本概念 二、傅里叶积分变换 三、汉克尔积分变换 参考文献
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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拿到这本书,我第一反应是它可能跟我的研究方向有所关联。我的研究领域涉及到材料的宏观力学行为,特别是那些由不同材料层叠而成的复合结构。我一直对如何精确地描述和预测这类结构的整体力学性能很感兴趣,特别是它们在不同加载条件下的应力分布、变形模式以及失效行为。所以,当看到《层状弹性体系的力学分析与计算》这个书名时,我立刻联想到书中可能包含了一些关于界面力学、层间耦合效应的理论模型,以及如何将这些微观或介观的力学行为整合到宏观的分析中。 我设想书中会详细讲解如何建立合适的本构关系来描述各层材料的力学特性,并考虑层与层之间的边界条件处理。此外,我也期待书中能够介绍一些先进的数值计算方法,例如有限元法、边界元法等,如何被应用于解决层状弹性结构的各种力学问题。如果书中能够提供一些关于如何处理复杂几何形状、加载边界以及材料非线性的案例,那就更具参考价值了。我也希望书中能够探讨一些关于层状结构在极端环境下的力学响应,例如高温、高湿或腐蚀性介质等。

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这本书的装帧设计给我的第一印象还挺务实的,没有什么花哨的插图,但字体清晰,排版也算规整。我翻阅了一下目录,看到里面确实涉及到“层状弹性体系”这个主题,但是具体内容就没有深入去看了。我平时工作接触的主要是关于结构的振动分析和疲劳寿命预测,所以当我看到这个书名时,就联想到这本书里或许会探讨一些多层材料在承受动态载荷时的响应特性,比如不同层间的耦合效应,以及这些效应如何影响整体结构的固有频率和阻尼特性。 我还在想,也许书中会介绍一些如何通过优化材料的层叠顺序、厚度比例以及层间粘合剂的性质,来改善结构的抗振性能,甚至控制结构的共振行为。如果书中能提供一些实际的工程算例,展示如何利用理论模型来指导结构设计,解决实际的振动问题,那就太有价值了。我也希望书中能涉及一些关于冲击载荷下的层状结构动力响应分析,以及如何通过结构设计来提高其吸能减振的能力。

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这本书的书名《层状弹性体系的力学分析与计算》引起了我的好奇心,因为我最近正在研究一些关于多层功能材料的设计问题,这些材料的性能很大程度上取决于其内部层状结构的设计和力学响应。我本能地认为,这本书可能会提供一些关于如何理解和预测这类复杂体系在不同载荷作用下的行为的理论框架和计算工具。我尤其希望书中能详细阐述不同层材料之间的力学耦合作用,以及这种耦合作用如何影响整体结构的应力分布、变形和失效模式。 我也设想书中会深入介绍各种数值分析方法,例如有限元法,如何被应用于求解层状弹性体系的边值问题。如果书中能提供一些关于如何进行参数化研究,比如通过改变材料参数、层厚比、界面粘结强度等,来优化结构性能的指导,那对我来说将非常有帮助。另外,我也好奇书中是否会涉及一些关于层状弹性结构在动态冲击、热应力或疲劳载荷下的行为分析,以及如何通过计算手段来评估其可靠性和寿命。

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我对这本书的封面设计没有太多印象,但书名《层状弹性体系的力学分析与计算》让我联想到了一系列与材料科学和工程力学相关的问题。我猜想这本书可能会深入探讨各种不同类型的层状弹性材料,比如夹层复合材料、叠层金属、陶瓷基复合材料等,它们在承受外部载荷时展现出的独特力学行为。我一直对这些材料在承受不同应力状态下的应变响应,以及它们所表现出的各项异性力学特性感到好奇。 我设想书中会详细介绍如何建立数学模型来描述这些层状结构的力学行为,包括考虑不同层材料的本构关系、层间的界面行为以及整体结构的边界条件。同时,我也希望书中能提供一些关于如何运用数值计算方法,例如有限元分析,来求解这些力学问题,并对计算结果进行验证。如果书中能够包含一些关于层状弹性结构在实际工程应用中的例子,比如在航空航天器、桥梁、高性能轮胎等领域,那就更有说服力了。我也希望书中能涉及一些关于如何提高层状结构强度、刚度和韧性,以及如何预测其长期服役性能的内容。

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这本书的书名其实挺吸引人的,就叫《层状弹性体系的力学分析与计算》。我拿到这本书的时候,内心还是有点期待的,毕竟“层状弹性体系”这个词听起来就很有深度,感觉像是那种能解决一些实际工程难题的工具书。我本来以为里面会详细介绍各种复杂材料的力学模型,比如碳纤维复合材料、夹层结构等等,然后会一步一步地教你如何运用这些模型进行数值模拟,比如有限元分析。我也期待能看到一些具体的案例分析,比如在航空航天、土木工程或者汽车工业中,层状弹性结构是如何被设计和优化的,以及在实际应用中会遇到哪些力学挑战,书中又是如何给出解决方案的。 我尤其希望能看到书中对不同层状弹性结构的失效机制进行深入剖析,例如分层、基体开裂、纤维断裂等,并且提供相应的预测模型和防护措施。而且,如果书中能包含一些关于非线性弹性行为、大变形、动态响应等更高级的力学分析内容,那就更完美了。毕竟,很多实际问题往往不是线性的,需要更全面的理论支持。我也希望书中能够介绍一些前沿的计算方法,比如更高效的数值算法、并行计算技术等,能够帮助我们更快、更准确地分析这些复杂的力学问题。

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