Micro and Nano Mechanical Testing of Materials and Devices pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Yang, Fuqian (EDT)/ Li, James C. M. (EDT)

出品人:

页数:404

译者:

出版时间:2008-9

价格:$ 236.17

装帧:

isbn号码:9780387787008

丛书系列:

图书标签:

微纳米力学测试
材料力学
微纳器件
材料科学
纳米技术
力学性能
测试技术
微结构
纳米材料
MEMS

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具体描述

Nanoscale and nanostructured materials have exhibited different physical properties from the corresponding macroscopic coarse-grained materials due to the size confinement. As a result, there is a need for new techniques to probe the mechanical behavior of advanced materials on the small scales. Micro and Nano Mechanical Testing of Materials and Devices presents the latest advances in the techniques of mechanical testing on the micro- and nanoscales, which are necessary for characterizing the mechanical properties of low-dimensional materials and structures. Written by a group of internationally recognized authors, this book covers topics such as: Techniques for micro- and nano- mechanical characterization; Size effects in the indentation plasticity; Characterization of low-dimensional structure including nanobelts and nanotubes; Characterization of smart materials, including piezoelectric materials and shape memory alloys; Analysis and modeling of the deformation of carbon-nanotubes. Micro and Nano Mechanical Testing of Materials and Devices is a valuable resource for engineers and researchers working in the area of mechanical characterization of advanced materials.

深入理解传统材料力学与结构分析本书系统地探讨了宏观尺度下工程材料的力学性能、结构行为以及相关的实验表征方法。聚焦于经典材料科学与土木、机械工程领域的核心概念，旨在为读者提供坚实的理论基础与实用的分析工具。第一部分：材料本构关系与基础力学理论本部分从微观结构与宏观力学性能之间的联系出发，详细阐述了工程中最常用材料（如金属、陶瓷、聚合物及其复合材料）的本构关系。第一章：应力、应变与弹性理论基础本章首先回顾了连续介质力学的基本假设，并严格推导了三维直角坐标系下的应力张量和应变张量。重点讨论了柯西应力方程、几何方程以及本构方程的建立。深入分析了线弹性材料的胡克定律，包括各向同性材料的杨氏模量、泊松比和剪切模量之间的关系。此外，还引入了广义胡克定律，为后续的各向异性材料分析奠定基础。讨论了位移边界条件、力和位移的平衡方程，并通过应力函数法求解了简单的平面问题，如拉伸、压缩和纯剪切。第二章：塑性理论与材料的屈服判据本章着重于材料在超过弹性极限后的非线性行为。详细介绍了塑性变形的特点，包括不可恢复性、体积不变性以及加载-卸载路径的差异。核心内容是屈服准则，包括冯·米塞斯 (Von Mises) 准则和特雷斯卡 (Tresca) 准则，并对比了它们在描述各向同性材料塑性起始点上的适用性。讨论了理想弹塑性体、硬化材料（如随动硬化和各向同性硬化模型）的应力-应变关系。通过引入塑性势和增量塑性理论，解释了塑性流动法则，并给出了 Prandtl-Reuss 理论在增量分析中的应用。第三章：断裂力学基础本章介绍了传统材料力学中关于材料失效的宏观方法，即断裂力学。重点阐述了能量守恒原理在裂纹扩展分析中的应用，引入了应变能密度因子 G 的概念。详细推导了线弹性断裂力学（LEFM）的核心参数——应力强度因子 $K_I$, $K_{II}$, $K_{III}$，并阐释了它们与裂纹尖端应力场的关系。讨论了主要的断裂准则，如应力强度因子临界值 $K_{Ic}$。针对有限厚度板件，区分了平面应力（Plane Stress）和平面应变（Plane Strain）状态下的分析方法。此外，还涉及了裂纹张开度（CTOD）和J积分的概念，作为更广泛失效分析的工具。第二部分：结构受力分析与稳定性本部分将理论力学知识应用于实际工程结构，分析梁、柱、壳等典型构件的受力响应和临界行为。第四章：梁的弯曲与挠度本章详细分析了在各种载荷和约束条件下，梁内部的剪力、弯矩分布规律。推导了欧拉-伯努利 (Euler-Bernoulli) 梁理论，并建立了弯矩与挠度之间的微分方程。采用积分法、叠加法和能量法（如虚功原理）求解了不同边界条件下梁的挠度和转角。对于厚梁，引入了铁木辛柯 (Timoshenko) 梁理论，考虑了剪切变形的影响，并对比了两种理论在不同长细比梁上的适用性差异。第五章：杆件的扭转与组合载荷本章专注于扭转问题。对圆形截面杆件的扭转刚度、最大剪应力和扭转角进行了全面的分析。推导了圣维南（St. Venant）扭转理论，并讨论了非圆形截面杆件的扭转问题，引入了扭转函数和膜比拟法（Soap Film Analogy）来近似求解复杂截面的扭转刚度。随后，本章将重点放在组合载荷情况下的分析，如轴向力、弯矩和扭矩共同作用下的杆件应力分析，以及如何运用莫尔圆（Mohr's Circle）进行应力状态的转化和主应力的确定。第六章：结构稳定性理论本章探讨了细长结构构件（如柱）在受压时可能发生的失稳现象。详细介绍了欧拉临界屈曲载荷的推导及其在理想弹性细长柱上的应用。讨论了不同端部约束条件对临界载荷的影响，并引入了有效长度因子的概念。对于中等细长比的柱子，分析了材料屈曲与构件屈曲之间的过渡区，介绍了基于材料塑性阶段的居里（Engesser）理论和修正后的欧拉公式。本章还简要概述了基于能量法的稳定性分析，如瑞利-里兹法。第三部分：实验方法与工程应用本部分侧重于传统力学性能的宏观实验测量技术及其在工程设计中的应用。第七章：宏观机械性能测试技术本章全面介绍了标准化的材料力学性能测试方法。详细描述了万能试验机的工作原理，以及如何通过拉伸试验获取应力-应变曲线，测定弹性模量、屈服强度、抗拉强度和韧性指标（如延伸率和断面收缩率）。讨论了硬度测试（如布氏、洛氏、维氏硬度）的原理和局限性，以及它们与抗拉强度的经验关系。此外，还包括了对材料冲击韧性（如夏比冲击试验）的测试和数据解读，强调了温度和加载速率对韧脆转变的影响。第八章：疲劳与蠕变基础本章处理时间依赖性的失效机制。疲劳分析部分详细介绍了 S-N 曲线的绘制与应用，疲劳极限（或高周疲劳寿命）的确定。讨论了疲劳裂纹的萌生、扩展和最终断裂的三个阶段。引入了基于应力幅、应变幅的疲劳寿命预测模型（如 Basquin, Coffin-Manson 关系）。在蠕变部分，解释了在高温、恒定载荷下材料随时间发生的塑性变形，分析了稳态蠕变速率的计算，并讨论了 Larson-Miller 参数等寿命预测方法在高温工程设计中的应用。第九章：工程结构分析与有限元概论本章将前述理论应用于实际工程构件的分析。通过对桁架、框架和薄壁结构的分析，巩固了结构力学在实际应用中的地位。最后，本章对现代数值方法——有限元分析（FEA）进行了导论性介绍。重点阐述了 FEA 的基本思想，包括域离散化、插值函数选择、单元刚度矩阵的形成过程，以及如何通过整体刚度矩阵求解位移向量。通过几个简单的梁单元和平面应力单元的例子，展示了数值方法在处理复杂几何形状和载荷条件下的强大能力。本书强调的是传统解析解和数值求解的理论基础，而非具体软件的操作指南。