IUTAM Symposium on Modelling Nanomaterials and Nanosystems pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Pyrz, R. (EDT)/ Rauhe, J. C. (EDT)

出品人:

页数:340

译者:

出版时间:

价格:1073.00

装帧:

isbn号码:9781402095566

丛书系列:

图书标签:

• Nanomaterials
• Nanosystems
• Modelling
• Simulation
• Mechanics
• Physics
• Engineering
• Science
• IUTAM
• Nanotechnology

固体力学的前沿探索：先进材料的微观与宏观行为 一本深入探究材料科学与结构工程交叉领域，聚焦于新型功能材料的力学性能、本构关系以及宏观尺度行为的权威著作。 本书并非聚焦于纳米尺度下的特定材料建模，而是致力于构建一个涵盖更广泛的、从微观到宏观尺度的材料力学分析框架。它旨在为研究人员、工程师以及高年级学生提供一套系统的、跨尺度的理论工具和实验验证方法，用以理解和预测复杂工程材料，特别是那些在极端载荷、高温或高应变率环境下表现出独特力学行为的材料体系的性能。 第一部分：多尺度力学基础与本构理论的演进 本卷首先回顾了经典连续介质力学在处理复杂材料时的局限性，并系统地介绍了现代多尺度建模的理论基石。重点探讨了如何有效地耦合不同尺度的信息，例如从原子模拟（如分子动力学）到介观尺度（如晶界或晶粒群的模拟），最终过渡到宏观的有限元分析。 非均匀性与梯度弹性理论： 详细阐述了材料微结构（如晶粒尺寸、缺陷分布）对宏观弹性响应的影响。引入了梯度弹性理论，阐明了材料性质梯度（如梯度功能材料）在描述界面效应和尺寸依赖性时的必要性。探讨了如何利用这些理论来精确预测薄膜或微尺度结构中的应力集中现象。 粘塑性与损伤演化： 深入分析了金属、高分子和复合材料在非线性应力状态下的本构关系。着重探讨了时间依赖性（蠕变和应力松弛）的理论模型，特别是如何改进传统的Johnson-Cook或Voce模型，使其能更准确地描述高应变率冲击载荷下的材料动态响应。重点讨论了基于能量或应变不变量的损伤起始和扩展模型，如何结合微裂纹的萌生和汇合，预测材料的最终失效。 热力耦合分析： 阐述了热载荷与机械载荷相互作用的理论框架，包括热弹性、热粘塑性以及热诱导的相变对力学性能的反馈效应。书中提供了如何建立可靠的热力耦合本构模型，并在有限元框架中实现数值求解的详尽指南。 第二部分：先进结构与新型功能材料的力学表征 本部分将理论分析应用于一系列具有独特力学挑战的先进材料和结构体系，强调实验与数值模拟的紧密结合。 复合材料与界面力学： 聚焦于纤维增强复合材料（FRPs）和层状结构（如夹层板）的宏观力学建模。详细分析了纤维-基体界面的脱粘与滑移机制，以及这些微观事件如何转化为层间剪切失效。探讨了基于细观损伤力学（CDM）的分析方法，用以模拟复合材料在疲劳载荷下的寿命预测。 结构完整性与疲劳分析： 侧重于宏观结构尺度上的疲劳裂纹的萌生、扩展和断裂韧性评估。引入了基于断裂能和应力强度因子的传统断裂力学，并进一步扩展到弹性模量退化模型（如基于正则化技术的损伤模型），以避免数值解对网格的过度依赖。书中包含了对高周疲劳和低周疲劳的区分性分析，以及如何将环境因素（如腐蚀）纳入疲劳寿命预测。 增材制造（Additive Manufacturing）材料的挑战： 专门辟章讨论了增材制造工艺（如选择性激光熔化SLM）对材料微观结构和宏观力学性能的影响。分析了打印过程中的残余应力、孔隙率分布以及各向异性对最终部件强度的影响。提供了如何通过调整工艺参数（如激光功率、扫描速度）来优化材料的力学性能，并建立适用于这些非均匀材料的本构模型的策略。 第三部分：计算方法与实验验证 本书的最后一部分侧重于将理论转化为实际可用的工程工具，强调可靠的数值模拟和严谨的实验验证。 有限元方法的实现与优化： 提供了实现上述复杂本构模型的数值技巧，包括非线性迭代方法的选择、时间积分方案的稳定性分析（如显式与隐式方法），以及如何处理大变形问题中的网格畸变。特别讨论了在处理材料失效（如穿透或破碎）时，使用光滑的粒子流体动力学（SPH）或扩展有限元法（XFEM）的优势。 先进的实验测试技术： 介绍了用于获取跨尺度力学参数的高精度实验方法。包括数字图像相关（DIC）技术在全场应变测量中的应用，用于验证粘塑性模型的参数；以及使用同步辐射技术进行原位（in-situ）测试，以观察微结构在载荷作用下的实时演变。强调了实验数据与数值模拟结果进行严格对比的必要性。 本书的特色在于： 跨度广阔： 不局限于任何单一材料体系或单一尺度，而是提供了一个统一的理论框架来处理各类工程材料的力学问题。 理论深度与工程实用性并重： 既有对最新理论发展的深入探讨，也提供了可直接应用于工程实践的计算模型和分析方法。 聚焦关键挑战： 重点解决了现代工程中，如结构轻量化、极端环境服役以及新型制造工艺带来的力学难题。 本书是材料科学家、结构工程师、航空航天与机械领域研究人员的必备参考书，旨在推动固体力学在理解和设计下一代高性能工程系统中的应用。

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