Functionally Graded Materials

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出版者:
作者:Shen, Hui-Shen
出品人:
页数:280
译者:
出版时间:2009-1
价格:$ 180.74
装帧:
isbn号码:9781420092561
丛书系列:
图书标签:
  • 功能梯度材料
  • 复合材料
  • 材料科学
  • 材料工程
  • 力学
  • 数值分析
  • 优化设计
  • 生物医学材料
  • 航空航天材料
  • 结构材料
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具体描述

Put a new class of structural composites to use real solutions for predicting load. Initially designed as thermal barrier materials for aerospace applications and fusion reactors, functionally graded materials (FGMs) are now widely employed as structural components in extremely high-temperature environments. However, little information is commonly available that would allow engineers to predict the response of FGM plates and shells subjected to thermal and mechanical loads. "Functionally Graded Materials: Nonlinear Analysis of Plates and Shells" is the first book devoted to the geometrically nonlinear response of inhomogeneous isotropic and functionally graded plates and shells. Concerned that the high loads common to many structures may result in nonlinear load - deflection relationships due to large deformations, author Hui-Shen Shen has been conducting investigations since 2001, paying particular attention to the nonlinear response of these plates and shells to nonlinear bending, postbuckling and nonlinear vibration. Nearly all the solutions presented are the results of investigations conducted by the author and his collaborators. The rigor of these investigative procedures allows the results presented within these pages to stand as a benchmark against which the validity and accuracy of other numerical solutions may be measured.

《功能梯度材料:前沿进展与应用展望》 本书并非聚焦于“Functionally Graded Materials”这一特定书名所涵盖的全部内容,而是从更广阔的视角,深入探讨了先进材料科学领域中“功能梯度”这一核心理念的演进、设计原则、制备技术、性能表征以及在各个尖端领域的创新应用。本书旨在为材料科学家、工程师、研究生以及对下一代高性能材料充满好奇的研究者提供一个全面而深入的参考框架。 第一部分:功能梯度材料的理论基石与设计哲学 本部分将追溯功能梯度材料概念的起源,阐述其区别于传统均质材料的关键特征,即材料性能随空间位置的连续或渐变变化。我们将详细解析不同梯度设计策略,包括单一梯度、多梯度以及复杂的三维梯度结构,并探讨如何通过数学模型和仿真技术来预测和优化梯度分布。此外,还将深入研究驱动梯度设计的基本物理和化学原理,例如应力梯度、温度梯度、化学势梯度等,以及它们如何影响材料的宏观力学、热学、电学和磁学性能。 第二部分:尖端制备技术与工艺创新 材料的性能很大程度上取决于其制备方法。本书将全面梳理当前主流和新兴的功能梯度材料制备技术。这包括但不限于: 粉末冶金技术: 详细介绍粉末混合、铺层、压制、烧结等关键工艺,以及如何通过控制粉末粒径、成分配比和烧结参数来实现梯度结构。 增材制造(3D打印): 探讨选择性激光熔融(SLM)、电子束熔融(EBM)、定向能量沉积(DED)等工艺在制备功能梯度材料方面的独特优势,以及如何通过多材料打印和路径规划来实现复杂梯度设计。 化学气相沉积(CVD)与物理气相沉积(PVD): 阐述如何通过控制工艺参数,在基底上制备具有梯度成分或微结构的薄膜和涂层。 自组装与溶液法: 介绍一些新兴的、更具成本效益的制备方法,例如溶胶-凝胶法、纳米颗粒自组装等,以及它们在特定材料体系中的应用潜力。 本书将深入分析每种技术的优缺点、适用范围,以及实现梯度控制的机制,并重点关注工艺参数对梯度均匀性、界面结合强度以及最终材料性能的影响。 第三部分:性能表征与失效分析 精确的性能表征是理解和应用功能梯度材料的关键。本部分将详述用于表征功能梯度材料的各种先进技术,包括: 微观结构分析: 扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、能量色散X射线光谱(EDS)等,用于观察梯度分布、晶粒结构、相组成以及元素分布。 力学性能测试: 拉伸、压缩、弯曲、疲劳、断裂韧性等测试,特别关注如何评价梯度结构对宏观力学响应的影响,以及局部应力集中和变形行为。 热学性能测试: 热导率、热膨胀系数、耐热冲击性等测试,以及梯度设计如何用于改善热管理性能。 电学与磁学性能测试: 导电性、介电性、磁导率等,重点探讨梯度对器件性能的优化作用。 失效机理分析: 结合实验和仿真,深入研究功能梯度材料在服役过程中可能遇到的失效模式,例如界面开裂、相变、腐蚀等,并提出相应的失效预防措施。 第四部分:跨领域创新应用与未来展望 本书将重点呈现功能梯度材料在各个前沿领域的颠覆性应用,并展望其未来发展趋势。 航空航天: 介绍如何利用功能梯度材料制造轻质高强度的结构件,如涡轮叶片、发动机部件,以及用于热防护涂层,以应对极端温度和应力。 生物医学工程: 探讨功能梯度生物陶瓷、金属和聚合物在骨修复支架、人工关节、药物缓释系统等方面的应用,以及如何通过梯度设计来促进细胞粘附、生长和组织再生。 能源领域: 分析功能梯度材料在电池电极、燃料电池组件、热电转换材料等方面的应用,如何通过梯度结构提高能量密度、转换效率和循环寿命。 电子与光学器件: 介绍功能梯度材料在传感器、微处理器、光学透镜、光电器件等领域的应用,如何实现高性能和多功能集成。 汽车工业: 讨论功能梯度材料在提高发动机效率、降低排放、增强碰撞安全性等方面的潜力。 最后,本书将对功能梯度材料的未来发展方向进行展望,包括但不限于:智能化梯度设计、自适应功能梯度材料、多尺度协同效应、绿色制备技术以及与其他先进材料的复合应用。本书旨在激发读者对功能梯度材料的深入研究兴趣,推动该领域的持续进步与广泛应用。

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目录信息

读后感

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用户评价

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从装帧和排版的角度来看,这本书的制作水平称得上是行业典范。纸张的质感厚重,印刷清晰,图表和公式的排版都极为考究。尤其值得称赞的是那些复杂的示意图和横截面微观结构图,它们的层次感和细节刻画得非常到位,极大地辅助了对材料内部结构变化的理解。许多关键公式都被单独放置在一个区块内,并附有详细的注释,这对于后续的查阅和公式引用提供了极大的便利。然而,在阅读体验上,我个人遇到了一些小小的障碍:由于涉及大量的跨章节引用和脚注,频繁地在正文和附录或页脚之间来回翻动,确实打断了阅读的连贯性。如果能有一个更智能的引用系统,比如在电子版中实现超链接跳转,想必会大大提升效率。尽管如此,从物理实体的角度而言,这是一本值得收藏的专业书籍。它的重量和厚度本身就传递出一种沉甸甸的学术分量感。每当我把它放在书架上时,都能感受到它作为一本深度研究资料所具备的价值和分量,它代表着某一特定领域多年研究积累的结晶。

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这本书的结构安排确实有些出乎我的意料。我原以为它会按照材料的组成类型,比如金属、陶瓷、聚合物依次展开,但事实并非如此。作者采取了一种更侧重于“性能梯度”的组织方式,这种划分思路非常新颖,但也带来了一些阅读上的挑战。例如,探讨某一特定梯度结构时,作者会在不同章节之间频繁跳转,引用前文已经建立的模型,这要求读者对全书的脉络有一个非常清晰的把握。读到中段时,我常常需要翻回前面的章节,重温那些关于界面工程和微结构控制的细节,才能真正理解当前正在讨论的梯度设计如何影响宏观响应。这种“跳跃式”的叙事节奏,让我在初读时感到有些迷失方向,仿佛在迷宫里探险,需要不断地回头确认自己的位置。不过,也正是这种结构,迫使我不再把知识点孤立地看待,而是将它们整合成一个相互关联的复杂系统。当我最终理清了不同梯度设计如何应对多尺度、多功能的挑战时,那种豁然开朗的感觉是无与伦比的。它强迫你进行高强度的认知整合,对于那些习惯了线性叙事的读者来说,这绝对是一次严峻的考验。

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这本书的语言风格极其严谨、克制,几乎没有任何煽情或引导性的文字。作者的写作目标似乎是追求绝对的客观和信息的精确传递,每一个句子都经过了精心的锤炼,生怕出现任何歧义。这使得它在信息密度上达到了极致,你几乎找不到一句废话。然而,这种高度的精确性,也让阅读过程变得异常缓慢和费力。特别是对于那些涉及新颖术语或概念的介绍,作者往往采用定义先行,然后逐步论证的方式,这要求读者必须高度集中注意力,生怕漏掉任何一个关键的限定词。我发现,自己读完一个章节后,常常需要停下来,在脑海中重新构建一遍作者所描述的那个“分层”或“渐变”的世界。与那些旨在普及科学的读物相比,这本书毫不留情地展现了前沿研究的复杂性和挑战性。它不是在“教”你知识,而是在“展示”知识体系的现状与瓶颈。如果你期待的是一种轻松愉快的学习体验,那么这本书可能会让你感到沮丧,因为它更像是一份对你现有知识储备的无情“考试”。

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我必须坦诚,这本书的深度和广度,远远超出了我预期的学术范围。我本以为它会集中在某一两种特定类型的梯度材料上进行深入剖析,但这本书更像是一部关于“梯度思维”的百科全书。它不仅涵盖了材料科学的前沿研究,还巧妙地穿插了制造过程中的实际工程考量,比如增材制造技术在梯度材料合成中的应用潜力,以及如何利用这些材料来解决极端环境下的服役问题。作者在讨论这些应用时,并没有停留在概念层面,而是提供了大量的案例分析,详细说明了设计参数、制备参数与最终材料性能之间的复杂函数关系。令我印象深刻的是其中关于“非线性梯度”的章节,那里的数学描述复杂到了令人望而却步的地步,充满了偏微分方程和数值模拟的结果。我承认,我只能理解其大致的物理含义,对于那些严谨的数学推导,我只能选择跳过,专注于理解其背后的物理图像和工程意义。这本书无疑是为那些已经拥有扎实背景知识的研究人员准备的“兵器谱”,对于我这样的业余爱好者来说,它更像是一份高精尖的“参考手册”,时常需要停下来,消化那些密度极高的信息块。

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这本书的封面设计得非常引人注目,深邃的蓝色背景上点缀着一些抽象的、仿佛是材料微观结构的图案,一下子就抓住了我的眼球。我本来是冲着这个酷炫的视觉效果才翻开它的,心想这可能是一本关于先进材料科学的入门读物。然而,当我真正开始阅读后,我发现它远比我想象的要深奥得多。首先,作者在开篇就用了大量的篇幅来铺陈背景知识,比如材料的分类、传统的制造工艺,以及现代工程对高性能材料的迫切需求。这些内容虽然扎实,但对于一个初学者来说,阅读起来的门槛还是有点高。我感觉自己像是在攀登一座陡峭的山峰,每一步都需要付出额外的努力来理解那些复杂的术语和理论模型。特别是涉及到力学性能和热力学平衡的部分,我不得不反复查阅参考资料,才能勉强跟上作者的思路。这本书的行文风格偏向于学术论述,逻辑性极强,每一个论点都有详尽的数据和实验结果支撑,这无疑保证了其专业性,但也牺牲了一定的可读性。我尤其欣赏作者在阐述某一特定现象时,总是能够追溯到最基础的物理原理,让人有种拨云见雾的感觉,尽管这个“雾”需要自己花力气去拨。总而言之,这是一本需要沉下心来精读的著作,绝非茶余饭后的消遣之选。

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