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出版者:John Wiley & Sons

作者:Tomasz Wierzbicki

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1989-03

价格:USD 129.95

装帧:Paperback

isbn号码:9780471637332

丛书系列:

图书标签:

• 结构失效
• 失效分析
• 材料力学
• 工程力学
• 结构工程
• 断裂力学
• 应力分析
• 疲劳失效
• 腐蚀失效
• 可靠性工程

结构韧性与材料科学前沿探索 图书名称：结构韧性与材料科学前沿探索 (Structural Resilience and Advanced Materials Science: A Frontier Exploration) 内容简介 本书旨在全面深入地探讨当代土木、机械、航空航天等工程领域中至关重要的一个主题：结构韧性（Structural Resilience）的理论基础、评估方法、增强策略及其与先进材料科学的深度融合。我们聚焦于在复杂和极端荷载条件下，结构系统如何保持其功能完整性、抵抗灾害性失效并展现快速恢复能力的核心议题。本书内容横跨理论力学、计算模拟、实验验证以及实际工程应用，力求为研究人员、高级工程师和高年级研究生提供一个既有广度又有深度的参考指南。 全书共分为六大部分，共计二十个章节，层层递进，构建了一个逻辑严密的知识体系。 --- 第一部分：结构韧性的基础理论与定义框架 (Foundational Theories and Definition Frameworks of Structural Resilience) 本部分奠定了全书的理论基石，清晰界定了“韧性”在工程语境中的多维度含义，并探讨了其与传统“强度”和“可靠性”的区别与联系。 第一章：韧性的概念演变与多尺度视角 深入解析结构韧性（Resilience）在不同工程文化和历史阶段中的概念演变，从最初的弹性恢复能力，扩展到系统层面的冗余性、适应性与快速恢复能力。本章引入了多尺度分析的视角，探讨从微观材料损伤到宏观结构系统失效的传递机制。重点讨论了韧性的时间维度——即从初始事件发生、损伤累积、功能退化到最终状态恢复的整个动态过程。 第二章：概率论在韧性评估中的应用 介绍现代概率可靠性理论（Probabilistic Reliability Theory）在量化结构韧性中的核心作用。详细阐述了性能函数（Performance Functions）的构建，以及如何利用First-Order Reliability Methods (FORM) 和Second-Order Reliability Methods (SORM) 评估结构在不确定性荷载和参数影响下的韧性指标。此外，探讨了贝叶斯方法在根据实时监测数据更新韧性评估模型中的潜力。 第三章：性能导向的设计与性能基准 本章聚焦于如何从设计阶段植入韧性。详细介绍了基于性能的目标设定（Performance-Based Engineering, PBE）框架，特别是针对极端事件（如大地震、高超声速冲击、超高温环境）的性能基准（Performance Objectives）。对比了传统基于极限状态的设计方法与韧性导向的抗毁性（Robustness）和冗余度（Redundancy）设计指标。 --- 第二部分：极端荷载下的结构响应与损伤机制 (Structural Response and Damage Mechanisms under Extreme Loading Conditions) 本部分深入探讨结构在远超常规设计载荷下可能遭遇的复杂物理现象和损伤演化路径。 第四章：动力学放大与非线性响应 研究结构系统在瞬态、脉冲或往复周期性荷载下的动力学特性。重点分析模态耦合、几何非线性（大变形）效应以及材料的速率敏感性如何导致远超线性的响应放大。引入了基于能量耗散率的损伤累积模型。 第五章：疲劳、蠕变与环境退化协同作用 探讨长期服役条件下，材料和结构韧性如何被环境因素（如腐蚀、温度循环、辐照）侵蚀。详细剖析了低周疲劳（LCF）和高周疲劳（HCF）的交互作用，以及蠕变损伤（Creep Damage）在高温或高应力环境下的累积效应，这些是结构韧性衰减的关键驱动力。 第六章：冲击与爆炸载荷下的超快速失效模式 专注于超高速冲击（Hypervelocity Impact）和近场爆炸（Blast Loading）对结构造成的瞬态损伤。分析应力波的传播、材料的动态响应（如应变率效应）以及穿透、剥蚀和内爆等复杂的失效机制。讨论了装甲防护结构中能量吸收层的设计原理。 --- 第三部分：先进材料与结构韧性增强 (Advanced Materials and Structural Resilience Enhancement) 本部分将重点转向材料科学的最新进展，探讨如何通过材料创新来本质上提升结构的韧性水平。 第七章：高熵合金与极端温度韧性 探讨新型高熵合金（High-Entropy Alloys, HEAs）在提升结构高温和低温韧性方面的潜力。分析其固有的晶体结构特性如何抑制位错运动和裂纹扩展，从而维持结构在极端温度梯度下的性能。 第八章：智能材料与自适应结构 介绍具有感知、决策和执行能力（Sense-Adapt-Respond）的智能结构概念。重点讨论形状记忆合金（SMA）、压电材料以及新型复合材料在主动振动控制、裂纹“自修复”（Self-Healing）和荷载重新分配中的应用。 第九章：功能梯度材料与界面韧性控制 深入研究功能梯度材料（Functionally Graded Materials, FGMs）的微观结构设计，以实现材料性能从一个表面到另一个表面的连续渐变。阐述如何通过控制梯度分布，有效缓解热应力集中或界面应力不匹配，从而提高复合结构系统的整体韧性。 第十章：纳米结构材料在增材制造中的应用 探讨增材制造（Additive Manufacturing, AM）技术如何精确控制材料的微观结构和晶界形态，以构建具有特定韧性特征的部件。分析纳米晶粒结构对材料断裂韧性（Fracture Toughness）和疲劳寿命的显著影响。 --- 第四部分：韧性评估与计算模拟方法 (Resilience Assessment and Computational Simulation Techniques) 本部分侧重于现代工程实践中用于预测、量化和验证结构韧性的计算工具和实验方法。 第十一章：细观损伤模型与断裂力学前沿 超越传统的宏观裂纹扩展模型，深入研究内聚力模型（Cohesive Zone Models, CZM）和相场法（Phase-Field Methods）在模拟材料多尺度损伤和多裂纹并发问题中的应用。探讨如何更精确地描述材料塑性、脆性转变过程中的能量释放率。 第十二章：多物理场耦合的有限元分析 详细介绍求解涉及热-力-电-化学耦合的非线性有限元（FEA）模型的关键技术。重点关注如何有效处理大变形、材料大应变率和相变过程中的数值稳定性和计算效率问题。 第十三章：随机有限元与不确定性量化 阐述如何将随机场理论和蒙特卡洛模拟（Monte Carlo Simulation）应用于结构韧性分析，以全面捕捉材料属性和边界条件中的随机性。介绍先进的计算降阶模型（Reduced Order Models, ROMs）在加速复杂韧性分析中的应用。 第十四章：结构健康监测（SHM）与韧性实时反馈 探讨传感器技术（如光纤光栅、导电墨水传感器）在实时获取结构状态信息中的作用。阐述如何整合SHM数据，通过卡尔曼滤波或粒子滤波等算法，对结构的剩余寿命和即时韧性水平进行动态评估和预测。 --- 第五部分：韧性增强的结构系统设计策略 (System-Level Design Strategies for Resilience Enhancement) 本部分将视角提升到整个系统层面，探讨如何通过结构布局和冗余设计来提升系统的整体抗毁能力。 第十五章：冗余度与系统拓扑优化 定义工程系统中的功能冗余（Functional Redundancy）和物理冗余（Physical Redundancy）。介绍基于图论和网络流理论的拓扑优化方法，以在满足性能要求的前提下，最小化材料用量并最大化关键路径的冗余度。 第十六章：分散式能量耗散系统 研究通过在关键节点或连接部位引入特定耗能装置（如粘滞阻尼器、屈服连接件）来分散和吸收外部能量的方法。分析这些装置如何影响结构的模态特性和能量耗散效率。 第十七章：模块化设计与快速重构 针对遭受局部重大损伤的系统（如桥梁、太空栖息地），探讨模块化设计如何支持快速拆卸、更换或重构受损组件。分析接头设计（Connections）的韧性在系统快速恢复中的决定性作用。 --- 第六部分：韧性工程的案例研究与未来展望 (Case Studies and Future Outlook in Resilience Engineering) 最后一部分通过实际或模拟的工程案例来印证前述理论，并展望该领域未来的发展方向。 第十八章：大型基础设施的抗灾韧性评估 选取桥梁网络、电网或核电站等大型基础设施项目，展示如何运用全寿命周期评估方法（Life-Cycle Assessment）来量化设计变更对长期韧性成本和效益的影响。 第十九章：航空航天结构的热-力耦合韧性挑战 深入分析飞行器在再入大气层或高超声速飞行中面临的极端热载荷与气动载荷的耦合作用，探讨如何通过先进热防护系统（TPS）与轻质结构材料的协同设计来维持结构完整性。 第二十章：韧性工程的未来：数字化孪生与人工智能 展望未来，探讨如何利用高保真度的“数字孪生”（Digital Twins）模型，结合强化学习（Reinforcement Learning）算法，实现对结构韧性的超前管理、预测性维护和自主适应性控制，将韧性设计提升到一个新的智能水平。 --- 本书的撰写风格严谨、论证充分，侧重于阐述跨学科的交叉融合点，尤其强调从材料本构到宏观失效的完整链条分析，旨在为读者提供一个结构韧性研究的全面、前沿且极具操作性的理论指导。

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《Structural Failure》这本书，与其说是一本关于工程失败的书，不如说是一部关于人类如何不断从错误中学习的史诗。作者的写作风格非常鲜明，他并不回避那些令人不安的真相，而是以一种近乎解剖的方式，将每一个结构失效的案例，剖析得淋漓尽致。我特别欣赏他在描述那些历史性事故时，那种严谨的考证和深入的分析，他能够将那些看似独立的事件，串联成一条条关于风险、关于责任、关于技术局限性的深刻论述。他并没有用晦涩难懂的专业术语来吓退读者，而是通过生动的语言和形象的比喻，将那些复杂的工程原理，解释得清晰明了。我印象最深刻的是关于某个摩天大楼在建造过程中出现的裂缝的章节，作者详细地描述了设计团队、施工团队以及监理单位之间是如何在信息不对称和沟通不畅的情况下，一步步走向危险的。这本书让我深刻地认识到，工程的可靠性，不仅仅在于技术本身的先进性，更在于人类对风险的认知、对责任的承担，以及对协作的重视。它像一面镜子，照出了我们在追求进步过程中可能存在的盲点和脆弱之处，也为我们未来的建设指明了方向。总的来说，这是一本极具启发性的读物，它能够让我们在赞叹工程奇迹的同时，也保持一份对潜在风险的警惕和敬畏。

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刚拿到《Structural Failure》这本书的时候，我以为它会是一本非常严肃、枯燥的专业书籍，但出乎意料的是，它的叙述方式充满了故事性和引人入胜的魅力。作者的笔触非常细腻，他能够将那些复杂的工程学概念，通过生动形象的案例分析，变得易于理解，甚至有些地方还带有一点戏剧性的张力。我特别喜欢他对于那些“临界点”的描绘，比如在分析某个大坝溃决的时候，他会详细描述水位是如何一点一点地逼近危险的边缘，以及那个最终导致崩溃的瞬间，是如何在极短的时间内发生的。这种叙述方式，让我仿佛亲身经历了那些惊心动魄的时刻，也更加深刻地理解了工程结构所面临的巨大压力和潜在风险。这本书并没有将重点放在技术细节的堆砌上，而是更侧重于对“失败”背后原因的深层剖析，它探讨了人性、管理、技术等多个层面的因素，是如何共同作用，最终导致了结构的失效。我从中获得的启示是，任何工程的成功，都离不开对细节的极致关注，以及对潜在风险的充分预估和有效规避。这本书让我对那些我们赖以生存的工程奇迹，有了更深的敬畏和理解，也让我开始思考，如何在未来的发展中，做得更好，更安全。

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这本书的阅读体验，怎么说呢，有点像是在一场精心策划的解谜游戏中，只不过谜题的解答，往往伴随着一些令人唏嘘的现实案例。作者的叙述方式很有趣，他并不急于给出结论，而是循序渐进地引导读者进入每一个案例的复杂脉络。我印象最深刻的是关于一座桥梁垮塌的章节，作者详细地描述了设计团队是如何在高压环境下工作的，以及在材料采购和现场施工过程中，那些被忽略的小细节最终是如何累积成巨大的隐患。他并没有用过于专业化的语言来搪塞读者，而是尽量用通俗易懂的比喻和清晰的逻辑来解释那些复杂的工程问题。阅读过程中，我时常会停下来，思考作者提出的那些关于“预见性”和“容错性”的概念。很多时候，我们之所以会犯错，并非因为我们不知道“正确”的做法，而是因为我们低估了“错误”发生的可能性，或者未能为“错误”的发生留有足够的余地。这本书让我明白了，真正的“安全”并非一劳永逸的静态结果，而是一个动态的、持续的、需要不断审视和调整的过程。它让我对那些曾经被视为坚不可摧的建筑，有了更深的敬畏，也让我开始反思，我们在追求技术进步的同时，是否也正在失去一些对基础和本质的关注。总而言之，这是一本需要静下心来细细品味的读物，它带来的启示，远比书本本身所包含的那些技术知识要深刻得多。

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啊，终于读完了这本《Structural Failure》，这本书确实给了我很多思考，虽然有些地方我可能还需要消化一下。它并没有像我最初预想的那样，仅仅是一本冷冰冰的技术手册，而是通过一些案例分析，将那些抽象的工程原理变得生动起来。我特别喜欢作者在描述那些著名建筑倒塌事件时，那种抽丝剥茧般的分析过程。他没有简单地归咎于某个单一因素，而是深入到设计理念、材料选择、施工工艺，甚至施工管理和验收环节的每一个可能出现问题的节点。阅读过程中，我仿佛置身于那些紧张的事故调查现场，跟着作者一起回顾历史，试图找出那个决定性的、导致结构失去抵抗力的瞬间。他提出的“失效链”理论，虽然听起来有些沉重，但却非常形象地解释了为何一个微小的疏忽，可能引发一系列连锁反应，最终导致灾难性的后果。这本书的优点在于，它迫使读者去思考，为什么我们如此依赖技术，但又为何技术本身并不总是万无一失。它提醒我们，在追求效率和创新的同时，对细节的敬畏，对潜在风险的审慎，才是保障工程安全最根本的基石。我个人认为，对于任何与工程、建筑领域相关的人员，甚至是对公共安全有关注的普通读者，这本书都值得一读。它提供了一个独特的视角，让我们重新审视那些我们习以为常的现代建筑，理解它们背后所承载的巨大责任和风险。

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坦白讲，我在翻阅《Structural Failure》之前，并没有对它抱有太高的期待，以为会是一本枯燥的技术报告集，结果却是让我惊喜连连。作者的写作风格非常独特，他似乎对那些“失败”的故事有着一种近乎着迷的探究欲，但他笔下的“失败”，并非是为了猎奇，而是为了从中提炼出宝贵的经验教训。他擅长用一种非常具象化的方式来描述那些抽象的力学原理，比如在分析一个塔楼倒塌的案例时，他会详细描述风力是如何一点一点地侵蚀建筑的结构，就像是一个不知疲倦的敌人，在不断地寻找着它的弱点。他没有回避那些令人不适的细节，但也没有过度渲染，而是以一种冷静客观的态度，去剖析每一个环节出现问题的根本原因。我特别欣赏他在引用历史案例时，那种严谨的态度，他会追溯到最源头的技术文献和设计图纸，试图还原当时最真实的情况。读完这本书，我最大的感受就是，工程的成功，往往是无数个微小而正确的决定的叠加，而结构的失效，也常常源于一连串看似不经意间的失误。它让我深刻体会到，在任何复杂系统的设计和建造过程中，都不能存在侥幸心理，每一个环节都必须经过最严格的审查和最审慎的考量。这本书的价值在于，它用一种最直接、最深刻的方式，教会我们如何从历史的错误中学习，如何构建更加坚固、更加可靠的未来。

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