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出版者:Professional Publications, Inc.

作者:John A. Camara

出品人:

页数:168

译者:

出版时间:1999-01-01

价格:$ 90.40

装帧:Paperback

isbn号码:9781888577303

丛书系列:

图书标签:

• 核工程
• 核物理
• 核反应堆
• 热工水力
• 中子输运
• 辐射防护
• 核材料
• 核燃料循环
• 工程问题
• 求解技巧

聚焦前沿，洞悉未来：现代材料科学与工程实践指南 本书导言： 在人类社会迈向更高技术文明的征程中，材料科学与工程无疑扮演着基石性的角色。从微观尺度的原子排列到宏观尺度的结构设计，材料的性能决定了我们所能达到的技术边界。本书并非对既有知识的简单罗列，而是一部面向未来挑战、强调实践应用与创新思维的综合性著作。我们深入探讨了新一代功能材料的设计原理、先进制造工艺的优化路径，以及材料在极端环境下的服役行为与寿命预测。全书结构严谨，内容前沿，旨在为材料工程师、科研人员以及相关领域的专业人士提供一个系统而深入的学习与参考平台。 第一部分：先进材料的微观结构与性能调控 本部分侧重于解析材料的微观结构如何决定其宏观性能，并探讨如何通过精确控制微观结构来实现性能的定制化。 第一章：晶体缺陷工程与塑性变形机制 位错动力学与强化理论的再审视： 深入分析位错在不同晶格结构（如面心立方、体心立方、六方紧密堆积）中的运动规律。重点讨论了如何利用纳米孪晶界、异质界面等缺陷结构来有效阻碍位错运动，从而实现超高强度的金属材料。引入先进的分子动力学模拟方法，阐释高应变率下的变形机制。 非晶态材料的结构弛豫与转变： 详述玻璃转变温度（$T_g$）的物理意义及其对材料性能的影响。研究高熵合金玻璃的形成条件，对比晶态与非晶态材料在蠕变、疲劳和冲击载荷下的性能差异。重点讨论了剪切带的形成与扩展，以及通过热力学或机械力场对其进行“驯服”的新策略。 扩散与相变的动力学控制： 探讨在非平衡态下，固态扩散如何影响合金化过程和微观相的析出。详细介绍利用快速凝固技术（如喷射成形）来抑制传统相分离，从而获得细小、均匀析出相的方法，并分析这些微观结构对材料高温抗氧化和抗蠕变性能的提升。 第二章：功能材料的量子效应与设计原理 半导体异质结的能带工程： 聚焦于第三代半导体材料（如GaN, SiC）在电力电子和光电子器件中的应用。详细解析能带对齐方式（I型、II型、III型）如何影响载流子的分离与复合效率。探讨二维材料（如石墨烯、过渡金属硫化物）的层数依赖性电子特性，及其在超高速晶体管中的潜力。 铁电、压电与热释电材料的本构关系： 建立电场、应力与极化强度之间的耦合模型。重点分析薄膜材料中残余应力对铁电畴结构的影响，以及如何通过电场极化处理来优化压电器件的机电耦合系数 ($k$)。讨论反铁电材料在储能应用中的优势。 磁性材料的自旋电子学基础： 阐述巨磁阻效应（GMR）和隧道磁阻效应（TMR）的物理机制，并追踪其在MRAM（磁阻随机存取存储器）中的应用进展。深入研究拓扑绝缘体中的自旋-动量锁定效应，及其在低功耗自旋轨道矩器件中的前瞻性研究。 第二部分：先进制造工艺与结构完整性 本部分将制造过程视为材料性能的“第二设计变量”，重点关注增材制造、表面工程等前沿技术对材料性能的重塑作用。 第三章：增材制造（AM）中的材料挑战与控制 选区激光熔化（SLM）中的冶金学： 剖析高能量密度激光束与粉末颗粒相互作用的过程，重点分析熔池的快速凝固过程中气孔、未熔合、枝晶偏析等缺陷的形成机理。提出基于过程参数反馈的实时缺陷检测与修正策略。 粉末床的流变学与致密度： 探讨金属粉末的球形度、流动性对铺粉质量的影响。分析在再熔化过程中，粉末床的有效热导率和粘滞系数如何影响层间结合强度和残余应力分布。 AM件的后处理与性能提升： 讨论热等静压（HIP）、热处理对消除AM结构内部孔隙和优化微观组织的效果。对比传统铸锻件与AM件在疲劳寿命和断裂韧性方面的差异，并提出提高AM件可靠性的结构优化方案。 第四章：材料表面工程与界面改性 先进涂层技术与界面粘附： 综述等离子喷涂、化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）技术的最新进展。强调涂层与基体之间界面能的调控，以防止涂层剥落。研究超硬涂层（如类金刚石膜）在润滑、耐磨环境下的失效模式。 反应扩散与材料的深度强化： 深入分析渗碳、渗氮等热化学处理过程中的扩散系数模型。重点介绍先进的离子注入技术，如何将特定元素精确引入材料表层，以提高耐腐蚀性和抗疲劳性能，特别是在航空发动机叶片和生物植入物中的应用案例。 摩擦学与自修复界面： 探讨在极端载荷下，材料接触面的材料转移和表面氧化过程。介绍智能涂层中包含的微胶囊修复体系，使其在出现微裂纹时能释放修复剂，从而延长部件的使用寿命。 第三部分：服役行为预测与寿命评估 本部分着眼于材料在复杂载荷、温度和腐蚀环境下的长期可靠性问题。 第五章：多场耦合下的材料失效分析 疲劳损伤的微观累积模型： 摒弃传统的S-N曲线局限性，引入基于裂纹尖端应变能密度和孔隙演化模型的疲劳寿命预测。探讨高周疲劳（HCF）与低周疲劳（LCF）在不同加载历史下的差异性。 应力腐蚀开裂（SCC）的电化学动力学： 结合电化学测试与断口形貌分析，解析特定环境（如含氯离子、硫化氢环境）中材料的敏感性。详细讨论阴极保护和缓蚀剂对SCC抑制的机理。 高温蠕变与断裂韧性： 建立考虑晶界扩散和局部应力集中的蠕变本构方程。重点分析高温合金中$gamma'$相的析出和粗化对长期承载能力的影响，并引入时间-温度等效原理（TTSP）进行加速寿命预测。 第六章：计算材料学与数据驱动的研发范式 第一性原理计算（DFT）的应用： 展示如何利用密度泛函理论精确计算材料的力学、电子和热力学性质，指导新材料的筛选。重点讨论缺陷形成能、电子态密度（DOS）的计算方法。 有限元分析（FEA）中的材料本构模型： 讨论如何将复杂的非线性材料行为（如粘塑性、损伤演化）转化为可用于FEA的本构方程。结合数字图像相关（DIC）技术获取的实验数据，对FEA模型进行精确校准。 机器学习在材料设计中的集成： 介绍如何利用高通量计算数据和实验数据构建预测模型。探讨使用神经网络预测材料的特定性能指标（如杨氏模量、玻璃化转变温度），以加速新合金和复合材料的研发周期，实现“数据驱动的材料发现”。 结论： 本书内容覆盖了从原子尺度设计到宏观结构服役的完整链条。我们力求在保持科学严谨性的同时，紧密结合工业界对高性能、高可靠性材料的迫切需求。通过对先进制造工艺的深刻理解和对复杂服役环境的精确模拟，本书旨在激发读者在材料科学与工程领域进行持续创新与突破的潜力。

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坦白说，我购买这本书的初衷非常功利——我的导师布置了一个基于特定反应堆堆芯设计参数的优化作业，涉及大量的热流体分析，我手头的教材对此着墨不多。这本书中关于反应堆冷却剂系统瞬态分析的章节，简直是为我量身定做的救星。它深入探讨了LOCA（失水事故）情景下的燃料棒温度响应，并且详细对比了两种不同的热传导模型（比如，有限差分法和有限元法的适用性差异）。我特别喜欢作者在讲解非线性方程组求解时所采用的迭代方法，他不仅给出了牛顿-拉夫逊法的应用实例，还讨论了步长控制策略在保证收敛性和计算效率之间的权衡。这种对计算方法的深度剖析，远超出了我预期的“习题解答”范畴。读完这部分内容后，我不仅完成了作业，还对核反应堆安全分析的底层逻辑有了更深刻的认识，甚至在后续的研讨会上，我还能就特定模型的局限性提出有建设性的意见。这本书提供的知识广度和深度，绝对对得起它在专业领域的声誉。

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对于任何一个希望在核反应堆物理领域深耕的人来说，理解中子活化和反应堆材料辐照损伤是绕不开的坎。我个人对材料科学交叉领域一直比较头疼，因为那往往需要融合核工程、材料学和辐射化学的知识。这本书在这方面的处理方式非常独特且令人耳目一新。它没有采用教科书那种过于简化的、线性衰变链的描述，而是引入了随时间变化的反应截面和复杂的核素平衡方程。最让我印象深刻的是，书中通过一个实际的锆合金在快堆环境中长期辐照的案例，演示了如何构建一个多组分、时变的中子活化模型，并且清晰地展示了如何使用矩阵指数法来解析或数值求解这个系统。对于那些渴望从“应用计算”迈向“模型构建”的学习者来说，这种从基本原理出发，逐步推导出复杂工程模型的思维路径，是无价之宝。它教会我的不是“如何算”，而是“如何建立一个能被计算的模型”。

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这本书的排版和结构设计简直是教科书级别的典范，尤其对于自学者来说，简直是福音。我曾经尝试过好几本不同的习题集，但很多都因为逻辑跳跃性太大，让人读起来很费劲，总感觉作者默认你已经掌握了某些晦涩的知识点。然而，这本书的每一章都设置得井井有条，从基础的核物理概念到高级的反应堆屏蔽设计，层层递进，难度梯度设计得非常平滑。特别是那些涉及辐射剂量计算的部分，书中不仅给出了详细的积分过程，还清晰地标注了所使用的核数据源和衰变修正因子，这在很多其他资料中是看不到的。我发现，光是研究书里对伽马射线在不同介质中穿透的蒙特卡洛模拟解释，我就受益匪浅。它没有直接给你一个最终的数值答案，而是清晰地展示了每一步的概率权重和粒子输运方程的离散化处理，这对于培养严谨的科学思维至关重要。我甚至把它当作一本高级的数值方法应用实例来看待，因为它展示了如何将抽象的物理定律转化为可计算的模型。

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这本书拿到手的时候，我正为我的研究生课程犯愁，尤其是那些涉及复杂反应堆动力学和热工水力的习题，简直让人抓耳挠腮。我希望能找到一本既有理论深度，又能提供详尽解题步骤的参考书，而不是那种只给出答案却不讲推导过程的“圣经”。这本《101 Solved Nuclear Engineering Problems》在我的书架上占据了一个非常重要的位置，它就像一个耐心的导师，一步一步地把我从迷茫中拉出来。我记得有一次，我在处理一个关于中子迁移率的题目时，卡在了边界条件的设定上，翻阅了好几遍教科书都不得要领。后来偶然翻到这本书里的一个类似案例，作者在讲解那个特定的边界条件时，引入了一个非常巧妙的微扰理论近似，让我茅塞顿开。更让我欣赏的是，书中对每一个问题都进行了深入的背景介绍，让你明白为什么需要解决这个问题，以及它在实际工程中的意义，而不是冷冰冰的数学公式堆砌。这种注重实际应用和理论联系的方式，极大地提升了我对核工程这门学科的兴趣和理解深度。如果你正在为期末考试或者工程项目中的难题而头疼，这本书绝对是一个值得信赖的伙伴。

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这本书给我的整体感觉是，它是一个经过时间检验的、真正面向实践的工程工具箱，而不是一本仅仅为了应付考试的速成手册。我注意到，书中许多问题的设定都带有明显的历史背景或工业标准影子，比如关于屏蔽厚度估算的章节，它引用的屏蔽衰减因子和几何衰减公式，都与IAEA推荐的标准非常吻合，这让我在进行实际设计校核时，能够快速建立起与行业规范的联系。相较于一些充斥着过于理想化假设的教材，这本书在处理现实世界的复杂性——例如，非均匀介质、非各向同性源项——方面做得尤为出色。它似乎在不断提醒读者：“工程不是数学的纯粹延伸，而是对不完美现实的精确建模。”我强烈推荐给那些已经掌握了基础核工程理论，现在正准备跨越到高级设计和分析阶段的工程师和高年级学生。这本书能够帮你把书本知识的“点”连接成一张实用的“网”。

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