Multiscale and Functionally Graded Materials 2006 pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Paulino, Glaucio H. (EDT)/ Pindera, Marek-Jerzy (EDT)/ Dodds, Robert H., Jr. (EDT)/ Rochinha, Fernan

出品人:

页数:1038

译者:

出版时间:2008-3

价格:$ 423.75

装帧:

isbn号码:9780735404922

丛书系列:

图书标签:

Multiscale materials
Functionally graded materials
Composite materials
Materials science
Materials design
Mechanical properties
Finite element method
Optimization
Microstructure
Homogenization

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具体描述

All papers have been peer-reviewed. Multiscale and Functionally Graded Materials (FGMs) are characterized by spatially varied microstructures created by non-uniform distributions of the reinforcement phase with different properties, sizes and shapes, as well as, by interchanging the role of reinforcement and matrix materials in a continuous manner. Such multi-phase materials cover a range of space and time scales, and are best understood by means of a comprehensive multiscale multiphysics approach. Such materials have a broad range of applications including, for example, biomechanical, automotive, aerospace, mechanical, civil, nuclear, and naval engineering. New applications are continuously being discovered and developed. This conference provided opportunities for exchanging, discussing and enhancing the state-of-art techniques and recent developments in the fields of FGMs. These proceedings are an excellent source of information for graduate students and professionals in the area, either in academia or in the industry.

多尺度与功能梯度材料 2006 导言本书汇集了2006年关于多尺度与功能梯度材料（FGM）领域的最新研究成果与前沿进展。随着材料科学的飞速发展，传统单一均质材料的局限性日益凸显。为了满足航空航天、生物医学、能源等高技术领域对材料性能的苛刻要求，研究人员将目光投向了具有梯度变化的微观结构和宏观性能的新型材料体系。多尺度材料研究着眼于从原子、晶粒到宏观构件的尺度效应，而功能梯度材料则专注于通过材料组成和微观结构的连续变化来实现特定区域的优化性能。本书集中展示了这两大领域交叉融合的前沿探索。第一部分：多尺度材料的理论基础与模拟方法本部分深入探讨了描述和预测多尺度材料行为的理论框架与先进的计算模拟技术。 1. 多尺度建模的挑战与进展：材料性能的展现往往是不同尺度相互作用的结果。例如，晶体塑性在纳米尺度上决定了材料的宏观力学响应。本章详细阐述了如何有效地在原子尺度、微观尺度（如晶粒、晶界）和介观尺度（如裂纹扩展、织构演化）之间架设桥梁。讨论了从密度泛函理论（DFT）到分子动力学（MD）模拟，再到有限元分析（FEA）的尺度转换技术，特别是针对如何准确传递界面条件和平均化效应的最新策略。 2. 随机介质与统计力学方法：许多先进材料，如复合材料或多孔介质，其微观结构具有内在的随机性。本节聚焦于如何利用随机几何模型和统计力学方法来量化这种不确定性对材料整体性能的影响。重点分析了蒙特卡洛模拟、随机微分方程在描述材料随机损伤累积过程中的应用，以及如何通过先进的成像技术（如X射线层析成像）获取真实微结构数据，进而用于模型校准。 3. 细观尺度损伤与断裂力学：对材料失效的理解必须深入到细观层面。本章探讨了微裂纹的萌生、扩展和汇合过程，这些过程是宏观断裂韧性的基础。分析了利用相场模型（Phase-Field Modeling）来模拟材料中非线性损伤演化，特别是对具有复杂微结构（如晶界弱化、第二相粒子效应）材料的适用性。讨论了如何将细观尺度的损伤演化信息，通过有效的均质化技术，集成到工程尺度的断裂分析中。第二部分：功能梯度材料的设计、制备与表征功能梯度材料（FGM）的核心在于其性能参数（如杨氏模量、热膨胀系数、导电性）沿某一方向或空间平滑变化。 4. FGM的梯度设计理论：本部分首先介绍了梯度函数的设计原理。梯度函数的选择直接决定了FGM的梯度分布类型（如线性、幂律、指数函数）。详细分析了如何根据服役环境（例如，热冲击、高温氧化或特定载荷分布）来反演设计所需的材料组成梯度曲线，以保证梯度界面上的应力或温度梯度最小化。此外，探讨了三维功能梯度场的理论构建。 5. 先进的FGM制备技术：先进的制造技术是实现理想梯度结构的关键。本章深入介绍了多种主流的FGM制备方法：粉末冶金与烧结技术：特别关注于通过精确控制粉末铺层和后续的热处理工艺来形成致密的梯度结构。增材制造（3D打印）：探讨了激光熔覆（LMD）和定向能量沉积（DED）技术在制造具有复杂梯度几何和材料组成上的独特优势和面临的挑战，如梯度过渡区的相分离控制。化学气相沉积（CVD）与物理气相沉积（PVD）：用于制备高精度、高纯度的薄膜或涂层梯度材料。 6. FGM的力学与热耦合性能：功能梯度材料的独特之处在于其在热-力耦合作用下的复杂响应。本节详细分析了FGM在极端温度梯度下的热应力分布、蠕变行为以及热弹性稳定性。着重讨论了梯度材料中由于材料属性变化导致的界面应力集中问题，以及如何通过优化梯度设计来有效缓解这些应力。第三部分：多尺度与功能梯度材料的应用前沿本部分展示了这些先进材料在关键工程领域的实际应用和潜力。 7. 航空航天与能源领域应用：在航空发动机涡轮叶片、火箭喷管和核反应堆部件中，材料需要承受极高的热负荷和机械应力。FGM通过在其表面形成耐高温的陶瓷层，而基体保持高韧性的金属结构，极大地提高了部件的服役寿命和安全性。讨论了如何利用多尺度设计来增强梯度涂层的抗热震疲劳能力。 8. 生物医学材料与组织工程：多尺度和功能梯度概念在生物材料中具有巨大的应用前景。例如，人工骨替代物需要梯度地模拟天然骨骼从高密度矿化部分到高韧性胶原蛋白部分的过渡。本章分析了如何设计具有梯度孔隙率和梯度硬度的生物活性陶瓷或金属材料，以优化与宿主组织的整合（骨整合）。 9. 智能与自适应材料的集成：未来的材料系统将具备感知和响应环境变化的能力。本部分探讨了将压电材料、形状记忆合金或磁流变材料嵌入到多尺度或功能梯度结构中的研究。这些集成使得材料能够展现出电磁、热力学和力学性质的协同响应，是实现自修复、主动减振等智能功能的基础。结论与展望本书最后总结了2006年该领域取得的关键突破，并对未来十年的研究方向进行了展望。未来的工作将更加侧重于材料设计与制造的闭环控制（In-situ Monitoring and Control），以及开发更高效的跨尺度数据驱动的材料性能预测模型。多尺度与功能梯度材料的深度融合，预示着工程材料性能将迈入一个全新的、定制化的时代。