Poromechanics IV pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Ling, Hoe I. (EDT)/ Smyth, Andrew (EDT)/ Betti, Raimondo (EDT)

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页数:0

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价格:199.5

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isbn号码:9781605950068

丛书系列:

图书标签:

• Poromechanics
• Geomechanics
• Soil Mechanics
• Rock Mechanics
• Fluid Mechanics
• Porous Media
• Constitutive Modeling
• Numerical Methods
• Biomechanics
• Energy Geotechnics

《多孔介质力学 IV》 书名： Poromechanics IV 副标题： （请根据实际情况自行添加，例如：理论、实验与应用，或特定研究领域） 内容简介： 《多孔介质力学 IV》是一部聚焦于现代多孔介质力学领域前沿研究的学术专著。本书汇集了来自世界各地该领域顶尖研究者的最新成果，深入探讨了多孔介质在自然界和工程应用中的复杂力学行为。内容涵盖了多孔介质的理论建模、数值模拟、实验表征以及在能源、环境、岩土工程、生物医学等交叉学科中的关键应用，旨在为研究人员、工程师和学生提供一个全面、深入的学习和参考平台。 一、 理论建模与基础理论的深化： 本书开篇从多孔介质力学的基础理论出发，对经典理论进行了系统梳理和批判性审视，并在此基础上提出了若干创新性的理论框架。 连续介质力学与细观力学结合： 深入探讨了如何将宏观连续介质力学的描述与介质内部孔隙结构的细观特征相结合，以更精确地刻画多孔介质的宏观力学性能。例如，在多孔材料的渗透性、刚度和强度分析中，作者们引入了基于孔隙网络模型和统计力学的分析方法，揭示了孔隙尺寸分布、连通性、孔隙壁粗糙度等细观参数对宏观力学行为的决定性影响。 非线性与耦合效应： 重点关注多孔介质在复杂应力、应变、流体压力及温度耦合作用下的非线性响应。本书详细讨论了应力敏感性（stress sensitivity）、孔隙变形（pore deformation）、毛细管力（capillary forces）、液固耦合（fluid-solid coupling）、热固耦合（thermal-solid coupling）等复杂现象的数学表征。作者们提出了适用于大变形、高应变率和多相流的多尺度本构模型，并讨论了这些模型在模拟地质灾害、油气开采以及生物组织力学中的应用价值。 动态行为与损伤力学： 关注多孔介质在动态载荷作用下的响应，包括地震波传播、冲击加载以及材料疲劳等。本书引入了基于能量耗散原理和损伤力学的新型损伤模型，能够有效描述多孔介质在循环加载或突发性载荷作用下的强度退化和破坏机理。作者们还探讨了裂纹萌生、扩展及贯穿过程中孔隙结构演变对力学性能的影响。 多孔介质的微观结构表征与力学性能关联： 强调了微观孔隙结构特征（如孔隙度、比表面积、孔径分布、孔隙形态、颗粒堆积方式等）与宏观力学行为之间的密切联系。本书介绍了多种先进的表征技术，包括但不限于X射线计算机断层扫描（X-ray CT）、聚焦离子束显微镜（FIB-SEM）、扫描电子显微镜（SEM）等，并结合力学测试数据，建立了微观结构与宏观力学响应之间的定量关系模型。 二、 数值模拟方法与计算技术的发展： 本书在数值模拟方面，不仅回顾了经典方法的进展，更着重介绍了近年来发展起来的先进数值技术，为解决复杂工程问题提供了强大的工具。 多尺度数值模拟： 介绍了从原子尺度（如分子动力学MD）、细观尺度（如有限元方法FEM、离散单元方法DEM、格子Boltzmann方法LBM）到宏观尺度（如有限差分方法FDM）的多尺度模拟策略。本书详细阐述了如何通过尺度耦合和信息传递，实现对不同尺度下多孔介质力学行为的协同分析。例如，利用分子动力学模拟单个孔隙壁的应力-应变关系，再将其宏观化为有限元模型中的材料参数。 高级有限元方法与数值模型： 探讨了针对多孔介质特性的高级有限元方法，如浸入边界法（IBM）用于模拟自由表面流或与运动物体的相互作用，以及多物理场耦合的有限元模型（例如，液固耦合、热固耦合、电化学耦合等）。本书还介绍了一系列新兴的数值算法，如光滑粒子动力学（SPM）在模拟颗粒流和裂纹扩展方面的应用。 机器学习与人工智能在多孔介质力学中的应用： 这是一个非常活跃的研究方向，本书对此进行了深入的探讨。作者们介绍了如何利用机器学习算法（如神经网络、支持向量机、随机森林等）来预测多孔介质的力学参数、识别材料损伤模式、优化数值模型参数，以及加速模拟过程。本书还展示了如何构建基于数据驱动的本构模型，以捕捉传统物理模型难以描述的复杂行为。 高性能计算与并行算法： 针对大规模、复杂的poromechanics问题，本书强调了高性能计算（HPC）和并行算法的重要性。介绍了如何利用GPU加速、MPI（Message Passing Interface）和OpenMP等技术来优化数值模拟的效率和处理能力，使得研究人员能够处理更精细的模型和更长的时间尺度。 三、 实验表征技术与数据驱动的验证： 理论模型和数值模拟需要实验数据的支撑和验证。本书对多孔介质力学相关的实验技术进行了系统性的介绍。 原位（In-situ）与非原位（Ex-situ）实验表征： 详细介绍了各种先进的原位实验技术，能够在加载或流体注入过程中实时观测多孔介质的响应，例如原位X射线CT、原位SEM、原位力学测试与成像耦合等。这些技术能够直接观察孔隙结构的演变、裂纹的生成与扩展，以及流体在孔隙中的分布。 力学测试方法与数据分析： 涵盖了单轴压缩、三轴压缩、直剪、蠕变、疲劳试验等多种力学测试方法，并探讨了如何从实验数据中提取关键力学参数，如弹性模量、泊松比、渗透率、剪切强度等。本书还介绍了先进的数据分析技术，包括图像处理、数字图像相关（DIC）技术等，以获得更精细的应变场信息。 渗透性与流固耦合实验： 重点介绍了多孔介质渗透性的测量方法，包括达西定律的适用范围及非达西流动的实验研究。同时，本书也讨论了如何通过实验设计来研究流固耦合效应，例如在加载过程中测量流体压力变化，或在流体流动过程中测量材料变形。 热力学与化学耦合的实验研究： 针对多孔介质在温度变化和化学反应影响下的力学行为，本书介绍了相关的实验手段，如高温高压测试、化学浸泡实验等，并讨论了如何结合这些实验数据来验证耦合模型的准确性。 四、 跨学科应用与工程挑战： 本书的另一大亮点在于其广泛的应用领域。多孔介质力学是许多关键工程领域的基础。 能源领域： 油气藏工程： 深入分析了多孔介质在石油和天然气开采中的作用，包括储层岩石的力学稳定性、裂缝的演化、压裂过程中的流固耦合、二氧化碳地质储存（CCS）中的孔隙结构变化及封存安全性等。 地热能开发： 探讨了岩石在高温高压下的力学行为、裂缝网络导流能力的变化、以及水-岩相互作用对地热储层性能的影响。 氢气储存与输运： 研究了多孔介质在氢气储存材料（如金属有机框架MOFs）中的力学响应，以及地下储存库的稳定性。 岩土工程： 边坡稳定与隧道开挖： 分析了饱和多孔介质的流固耦合效应在边坡失稳和隧道围岩变形中的作用，以及如何利用poromechanics原理进行稳定性评估和加固设计。 固结与沉降： 深入研究了土体在加载下的固结过程，以及饱和多孔介质的流变行为。 地震工程： 探讨了饱和多孔介质在地震荷载下的动力响应，包括场地液化判别及抗震设计。 环境工程： 污染物迁移与修复： 研究了多孔介质的渗透性、吸附性和反应性对污染物在地下水中的迁移和转化过程的影响，以及固化、稳定化等修复技术中的力学考量。 废物填埋与地质隔离： 评估了多孔材料作为废物填埋场衬层或覆盖层的力学稳定性与长期性能。 生物医学工程： 生物组织力学： 将poromechanics的原理应用于研究骨骼、软骨、肌肉等生物组织的力学行为，以及它们在疾病和治疗过程中的变化。例如，研究骨组织在载荷下的流固耦合响应，以及药物在组织中的输运。 生物材料与植入物： 分析了多孔生物材料（如支架材料）的力学性能对其在体内集成和修复作用的影响。 五、 未来展望与研究挑战： 本书在对现有研究成果进行总结的同时，也指出了多孔介质力学领域未来发展的重要方向和尚未解决的挑战。 耦合效应的精细化建模： 更加精确地描述和预测多物理场（如热、湿、化学、电、磁）与力学行为的复杂耦合效应，特别是极端条件下的非线性耦合行为。 多尺度建模与模拟的融合： 进一步发展多尺度数值模拟技术，实现从原子/分子尺度到宏观尺度的无缝连接，以捕捉更广泛的力学现象。 数据驱动与智能模拟： 充分利用大数据和人工智能技术，开发更高效、更准确的预测模型和优化算法，加速poromechanics研究的进程。 新型多孔材料的设计与应用： 关注新型多孔材料（如先进复合材料、功能化多孔材料）的设计、制备及其在能源、环境、生物等领域的创新应用。 复杂地质条件下的工程应用： 应对更复杂的地质条件，如多裂缝网络、非均质性极强的储层、以及含气或含泡沫的多相流介质等，进行更精确的力学分析和预测。 《多孔介质力学 IV》通过对理论、数值、实验和应用的全面整合，为多孔介质力学领域的研究人员和工程师提供了一个宝贵的知识宝库。本书内容丰富、视角独特，不仅可以帮助读者深入理解多孔介质的复杂力学行为，更能激发其在解决现实世界中关键工程问题上的创新思维。

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