Failure Analysis and Fractography of Polymer Composites pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Greenhalgh, E. (EDT)/ Hiley, M. J. (EDT)/ Meeks, C. B. (EDT)

出品人:

页数:595

译者:

出版时间:

价格:1891.00 元

装帧:

isbn号码:9781420079647

丛书系列:

图书标签:

• 聚合物复合材料
• 失效分析
• 断口分析
• 材料科学
• 工程材料
• 复合材料力学
• 断裂力学
• 微观结构
• 材料测试
• 可靠性工程

塑性材料的宏观力学行为与性能优化 本书聚焦于工程领域中至关重要的塑性材料，深入剖析其在复杂载荷条件下的本构关系、损伤演化及失效机制。通过系统性的理论构建与详实的实验数据验证，本书旨在为材料工程师和结构设计者提供一套全面且实用的工具集，用以理解和预测材料的宏观力学响应，并指导高性能结构的设计与制造。 --- 第一部分：塑性变形基础与本构理论 本部分首先回顾了固体力学的基础，重点引入了描述材料宏观行为的本构方程。我们将详细探讨线性和非线性弹性范围内的应力-应变关系，并着重阐述塑性变形的物理根源——位错运动和晶体滑移。 1.1 连续介质力学回顾与应力状态分析： 本书从三维连续介质力学出发，详细阐述了柯西应力张量、应变张量及其在不同坐标系下的变换规律。重点分析了平面应力、平面应变以及广义应力状态下的应力不变量（如主应力、Mises等效应力），这些是后续塑性判据建立的基础。我们还将引入应变速率的概念，为粘塑性分析做好铺垫。 1.2 屈服准则与流动法则： 塑性理论的核心在于准确描述材料从弹性向塑性转变的临界条件。我们将深入比较和分析经典的屈服准则，包括Tresca准则、Von Mises准则，并探讨如何将它们应用于各向异性材料（如轧制金属或纤维增强材料的基体部分）的修正模型，例如Hill 48和Hill 90模型。 在屈服准则确定后，本书转向塑性流动理论。我们将详细讲解关联性流动法则（Associated Flow Rule）和非关联性流动法则，并讨论如何通过实验（如单轴拉伸、双轴拉伸和纯剪切试验）来确定塑性功和塑性应变增量之间的关系。对于加工硬化现象，我们将介绍经典的速度场硬化模型（如Prandtl-Reuss理论）和更现代的运动硬化模型（如Chaboche模型），这些模型能够更精确地捕捉循环加载下的包辛格效应。 1.3 粘塑性与高应变率效应： 实际工程应用中，材料的响应往往与时间速率相关，尤其是在冲击或高速加工过程中。本章专门讨论粘塑性理论，引入Perzyna模型和Johnson-Cook模型，用以描述材料在不同应变速率下的动态屈服强度变化。我们会展示如何通过修正的温度-应变率耦合模型，来预测材料在极端条件下的行为，例如材料的应变率敏感性系数的确定方法。 --- 第二部分：损伤演化与材料失效预测 塑性变形的积累最终会导致材料内部损伤的产生和扩展，直至宏观失效。本部分侧重于如何将损伤变量引入本构模型，实现对材料寿命和安全性的预测。 2.1 损伤力学基础与有效面积概念： 本书引入了Kachanov的连续损伤力学（CDM）框架，定义标量损伤变量$D$来表征材料有效承载面积的损失。我们将推导损伤演化方程，阐述等效应力（Effective Stress）的概念，并讨论如何将损伤与塑性应变联系起来（如$D-p$耦合）。 2.2 韧性材料的微观损伤与内聚力区模型： 针对韧性材料，损伤的产生通常与微孔洞的萌生、聚集和连通有关。本章介绍经典的McClintock损伤模型和Gurson-Tvergaard-Needleman (GTN) 模型。GTN模型通过引入孔隙率作为内部变量，详细模拟了材料在三向拉应力场下，孔洞对屈服强度的影响，特别是孔洞在塑性载荷下的膨胀机制。 2.3 疲劳损伤累积与寿命预测： 疲劳是导致结构失效的最常见形式之一。我们将区别讨论基于应力的S-N曲线方法（如Basquin关系）和基于应变的$Deltavarepsilon-N_f$曲线方法（如Coffin-Manson关系），并探讨如何将两者结合起来处理载荷形式多变的复杂工况。引入Miner线性累积损伤法则，并讨论其局限性，接着引入更先进的非线性累积模型，如Wallin模型，用以更准确地评估累积损伤对剩余寿命的影响。 2.4 塑性不稳定性与颈缩现象分析： 对于单轴拉伸试样，材料的局部化变形（颈缩）是进入不可逆塑性损伤前的关键过渡现象。本章将应用Ductility Loss Criteria和Marciniak-Kuczynski（M-K）模型，来预测材料在非均匀应力状态下发生局部失稳（necking）的精确位置和条件，这对于理解材料在深冲压或厚壁受压构件中的行为至关重要。 --- 第三部分：先进塑性材料的特化行为 本部分将前两部分的理论应用于特定的工程材料系统，讨论其独特的塑性、强化与失效特性。 3.1 高熵合金与复杂构图材料的塑性： 针对近年来备受关注的高熵合金（HEAs），本书讨论了其独特的“高熵效应”和“迟滞效应”如何影响其屈服强度和加工硬化率。我们将探讨晶体结构多样性对位错运动的影响，并引入考虑化学无序度的塑性模型。 3.2 形状记忆合金（SMA）的超弹性与应变恢复： 形状记忆合金的本构行为（如马氏体相变驱动的超弹性）是高度非线性的。本章详细介绍Otsuka-Renner模型和Brinson模型，用于描述SMA的温度依赖性加载-卸载滞回环，以及如何利用这些模型优化医疗器械和自修复结构的设计。 3.3 增材制造金属的微观结构与各向异性塑性： 增材制造（AM）金属零件因其快速凝固过程，往往表现出显著的微观结构各向异性。我们将分析打印过程中形成的柱状晶和层状结构如何导致不同打印方向上的屈服强度和塑性极限的差异，并介绍如何利用晶体塑性有限元（CPFE）方法来模拟和优化这些各向异性的塑性响应。 --- 第四部分：数值模拟与实验验证方法 本部分提供了将理论转化为实际工程应用的桥梁，介绍了先进的计算方法和必要的实验技术。 4.1 有限元分析中的塑性模型实现： 详细阐述了如何在商业有限元软件（如ABAQUS, ANSYS）中选择、配置和校准上述塑性与损伤模型。重点讨论了数值稳定性问题，如小时间步长的选择、奇异点处理，以及如何应对材料刚度矩阵在屈服面上的不连续性。 4.2 实验数据获取与模型参数反演： 介绍了高精度实验技术，包括数字图像相关技术（DIC）在获取全场应变信息中的应用，以及原位拉伸/压缩测试技术在观察微观损伤演化中的作用。最后，展示如何利用最小二乘法或贝叶斯方法，有效地从实验数据中反演出本构模型所需的上百个材料参数。 结论： 本书的最终目标是提供一个从微观机制到宏观行为的完整框架，帮助读者在设计高可靠性、长寿命的塑性结构时，能够精准地预测材料的极限承载能力和失效模式。

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