Defect and Material Mechanics 2007 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Dascalu, Cristian (EDT)/ Maugin, Gerard A. (EDT)/ Stolz, Claude (EDT)

出品人:

页数:300

译者:

出版时间:2007-12

价格:$ 168.37

装帧:

isbn号码:9781402069284

丛书系列:

图书标签:

• Defect
• Material Mechanics
• Fracture Mechanics
• Materials Science
• Solid Mechanics
• Mechanical Properties
• Failure Analysis
• Engineering Materials
• Composite Materials
• Structural Integrity

结构完整性与先进材料失效分析：一部面向工程实践的深度解析 本书旨在为结构工程师、材料科学家以及从事复杂工程系统设计与维护的专业人士提供一套全面、深入的理论框架与实践工具，用以理解和预测先进结构在多场耦合环境下的行为，特别是材料的微观损伤演化与宏观力学响应之间的内在联系。 在当今航空航天、能源、土木和生物医学等关键领域，对结构可靠性、寿命预测和极端载荷下的安全性要求达到了前所未有的高度。传统的工程力学方法往往侧重于宏观连续介质力学的应用，难以精确捕捉新一代高性能复合材料、增材制造金属以及纳米结构材料在复杂应力状态下，尤其是疲劳、蠕变和脆性断裂过程中的细微变化。本书正是基于这一认知，聚焦于材料损伤力学、断裂行为以及先进计算模拟技术的最新发展，构建了一套跨越微观、介观到宏观尺度的集成分析体系。 第一部分：材料本构行为的深入探究与多尺度建模 本书的第一部分奠定了理解结构失效基础的理论支柱。我们摒弃了对理想材料的假设，转而深入探讨真实材料在非理想工作条件下的复杂本构响应。 1. 弹塑性本构理论的现代拓展： 本章详细回顾了经典Von Mises屈服准则及其局限性，重点介绍了考虑应变梯度效应（Strain Gradient Theory）和尺寸效应（Size Effects）的先进塑性模型。内容包括基于晶体塑性有限元方法（CPFEM）的微观结构驱动的宏观硬化规律提取，以及如何将这些梯度项有效集成到商业有限元软件中以模拟材料在小尺度或高应变率下的强化行为。此外，对于加工硬化、动态应变率敏感性（如Johnson-Cook模型的高级应用及其修正）的物理机制解释也进行了详尽的阐述。 2. 粘塑性、蠕变与损伤耦合： 高温和长期服役是评估动力系统（如燃气轮机叶片、核反应堆部件）寿命的关键因素。本部分引入了连续损伤力学（CDM）的核心概念，特别是Perzyna粘塑性模型与Kachanov损伤演化方程的耦合框架。深入分析了热机械载荷下材料内部微裂纹萌生、扩展和合并的速率方程。我们提供了几种先进的损伤变量定义方法，例如基于内聚力模型（Cohesive Zone Models, CZM）的能量释放率概念与宏观CDM参数的映射关系，确保模型在描述疲劳萌生阶段与裂纹扩展阶段的平滑过渡。 3. 复合材料与界面行为分析： 针对纤维增强复合材料（FRC）和层合板结构，本书提出了细观力学方法（Micromechanics）的系统应用。重点讲解了Halpin-Tsai、Mori-Tanaka等混合律的适用范围，以及如何通过随机损伤模型（Random Damage Models）来模拟纤维/基体界面脱粘的概率分布。章节的亮点在于对冲击载荷下分层（Delamination）问题的三维分析，引入了基于非局部（Non-local）影响函数的界面本构关系，以克服标准CZM在模拟裂纹闭合时的奇异性问题。 第二部分：断裂力学的前沿进展与失效模式识别 本书的第二部分聚焦于宏观结构在特定几何缺陷下的承载极限判定，特别关注于非传统断裂现象。 4. 弹塑性断裂力学与J积分理论的深化： 在金属结构中，裂纹扩展通常发生在弹塑性变形区。本章详尽阐述了J积分的计算方法及其在评估小开度和大开度裂纹下的断裂韧性方面的优势。不仅限于静态载荷，我们还深入讨论了裂纹尖端塑性区尺寸对有效应力强度因子（$K_{eff}$）的修正，并结合小增量加载下的路径无关性验证了J积分在循环载荷下的适用性。此外，针对厚度效应，介绍了应力强度因子（Stress Intensity Factor, SIF）与裂口应力张量不变量（Crack Tip Field Variables）在评估过渡区断裂行为中的协同作用。 5. 疲劳寿命预测的先进方法论： 疲劳是结构失效的首要原因。本书在传统的应力-寿命（S-N）和应变-寿命（$epsilon$-N）方法基础上，重点介绍了基于断裂力学的疲劳裂纹扩展规律（Paris-Erdogan定律）的修正。我们详细分析了高周疲劳（HCF）中微观孔隙的成核机制与低周疲劳（LCF）中主导性塑性应变累积的差异。关键内容包括：随机载荷下的Miner准则的改进（如基于等效应力范围的修正），以及利用超声波检测数据反演材料的疲劳裂纹起始点和剩余寿命的概率模型。 6. 蠕变断裂与寿命外推： 针对高温应用，蠕变断裂成为决定性因素。本章讨论了时间-等效域方法（Time-Equivalent Domain Approach）与能量平衡方法在蠕变断裂分析中的应用。内容涵盖了Norton-Bailey蠕变本构与裂纹扩展速率的精确耦合，并介绍了Corten-Gifford参数等针对高蠕变应变环境下的结构完整性评估指标。本书特别强调了如何利用加速蠕变测试数据，通过等时曲线外推技术，对长期服役寿命进行保守而可靠的预测。 第三部分：数值模拟技术与工程应用 本书的最后一部分将理论与现代计算工具相结合，为读者提供解决实际工程问题的能力。 7. 有限元法在损伤分析中的高级应用： 本章不满足于标准单元分析，而是深入探讨了显式和隐式有限元求解器在处理材料非线性和接触大变形问题时的选择与优化。详细讲解了XFEM（扩展有限元法）在模拟裂纹无网格演化中的优势，以及如何结合ALE（任意拉格朗日-欧拉）方法模拟材料的侵蚀或失效。针对复杂几何体，介绍了网格自适应重划分技术在保持裂尖区域解质量上的重要性。 8. 概率力学与不确定性量化： 现实世界的工程参数（如材料强度、载荷分布）并非确定值，而是随机变量。本书系统介绍了概率方法在结构可靠性分析中的应用。内容包括First-Order Reliability Method (FORM), Second-Order Reliability Method (SORM)，以及Monte Carlo模拟在复杂非线性系统中的效率提升策略（如Importance Sampling）。重点阐述了如何将材料的微观不确定性（如晶粒尺寸分布）通过随机介质模型传递至宏观结构的安全裕度评估中。 9. 案例研究：极端载荷下的结构健康监测与寿命预测： 通过一系列详尽的工程案例，本书将前述理论知识付诸实践。案例包括：增材制造高温合金涡轮叶片的残余寿命评估，考虑腐蚀疲劳（Corrosion Fatigue）的海洋结构平台关键节点的可靠性分析，以及极端载荷（如爆炸或高速撞击）下防护装甲的吸能机制分析。每个案例都清晰地展示了从输入数据获取、模型构建、数值求解到结果后处理与工程决策的全过程。 本书的结构安排旨在引导读者从对材料本构行为的微观理解出发，逐步过渡到宏观结构断裂行为的量化预测，最终掌握利用先进计算工具解决实际工程挑战的能力。它不仅是对现有工程力学知识的总结，更是对未来结构完整性保障方向的深入探索。

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