金属材料的辐射损伤

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出版者:科学出版社
作者:万发荣
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:1993-12-01
价格:6.9
装帧:
isbn号码:9787030039811
丛书系列:
图书标签:
  • 金属材料
  • 辐射损伤
  • 材料科学
  • 核工程
  • 辐照效应
  • 材料性能
  • 核材料
  • 损伤机制
  • 反应堆材料
  • 辐射防护
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具体描述

《计算流体力学在航空航天工程中的应用前沿》 本书旨在深入探讨计算流体力学(CFD)在现代航空航天工程领域中的最新发展、关键理论基础及其在复杂工程问题中的实际应用。 随着对飞行器性能、推进效率以及结构安全要求的不断提高,传统依赖实验测试的方法已逐渐暴露出其局限性。CFD作为一种强大的数值模拟工具,正日益成为解决空气动力学、热力学以及燃烧学等核心问题的首选手段。 本书结构严谨,内容涵盖了从基础的数值方法到前沿的多物理场耦合模拟技术,旨在为航空航天工程师、科研人员以及高年级本科生和研究生提供一本全面且深入的参考资料。 --- 第一部分:CFD基础理论与数值方法重构 本部分首先回顾了流体力学控制方程——纳维-斯托克斯(Navier-Stokes, N-S)方程的物理意义和数学特性,并详细介绍了在离散化过程中需要面对的主要挑战,如非线性、对流项的主导性以及激波等不连续现象的处理。 1.1 纳维-斯托克斯方程的数值离散化技术 重点剖析了有限体积法(Finite Volume Method, FVM)作为主流CFD求解器基础的构建过程。详细阐述了守恒型方程的积分形式,以及如何在非结构化网格上实现高阶精度的时间和空间离散。讨论了不同插值格式(如QUICK、MUSCL)对模拟稳定性和精度的影响,并深入分析了迎风格式(Upwind Schemes)在捕捉高马赫数流动中的优势与局限性。 1.2 压力-速度耦合算法的演进 压力-速度耦合是求解不可压缩或低速可压缩流动中的核心难点。本书系统梳理了经典的SIMPLE系列算法(SIMPLE, SIMPLER, PISO)的迭代收敛机制和物理基础。此外,对现代高精度求解器中常用的基于耦合求解器(Coupled Solvers)的迭代策略进行了详细对比,包括代数多重网格(Algebraic Multi-Grid, AMG)技术在加速收敛过程中的作用机制,特别是在处理高纵横比网格和边界层网格时,AMG如何通过优化代数求解器性能来提升整体模拟效率。 1.3 湍流模型的高级应用与校准 湍流是航空航天流动现象中的普遍特征,对阻力、升力和传热产生决定性影响。本章超越了基础的$k-epsilon$和$k-omega$模型,深入探讨了基于尺度的湍流模型(Scale-Adaptive Simulation, SAS)和混合RANS/LES方法的应用场景。重点在于有界性约束(Boundedness Constraints)的引入如何改进湍流模型在复杂涡流分离区域的预测能力。同时,探讨了如何利用实验数据或高保真直接数值模拟(DNS)数据对特定工况下的湍流模型进行参数校准(Calibration),以确保模拟结果的工程可靠性。 --- 第二部分:前沿应用:高超声速与推进系统 本部分将理论知识应用于航空航天领域最具挑战性的前沿课题,特别是高超声速飞行器(Hypersonic Vehicles)和先进推进系统。 2.1 高超声速气动热载荷的精确预测 在高超声速(马赫数大于5)流动中,气流分子间的化学反应、电离效应以及严重的非平衡态现象成为影响飞行器热防护系统的关键因素。本书详细介绍了化学反应流(Chemi-cally Reacting Flow)的建模方法,包括有限速率化学模型(Finite-Rate Chemistry)的构建和求解策略。针对再入阶段的激波与边界层之间的强耦合,探讨了强耦合热化学模型(Strong Coupling Thermochemical Models)在计算热流密度(Heat Flux Density)和表面烧蚀速率(Ablation Rate)方面的优势。 2.2 复杂推进系统内部流动的精细化模拟 针对先进的组合循环发动机(如涡轮组合循环、冲压/超燃冲压发动机),流场内部涉及从亚音速到高超音速的剧烈速度梯度变化。重点分析了超燃冲压发动机(Scramjet)燃烧室的建模挑战。如何准确模拟燃料的喷射、雾化、蒸发、混合和火焰传播过程是设计的核心。本书提出了拉格朗日-欧拉(LBM/Eularian)混合方法在处理多相流(燃料液滴与主流气体的相互作用)中的优化方案,并讨论了如何通过CFD预测燃烧室的推力特性、壁面热载荷分布及回火风险。 2.3 耦合流动与结构的热应力分析 (FSI) 在高速飞行和再入过程中,气动载荷和气动加热会对结构产生显著影响,引发热弹性变形(Thermoelastic Deformation)。本章侧重于流固耦合(Fluid-Structure Interaction, FSI)的数值实现。详细对比了单向耦合(One-Way Coupling)和双向耦合(Two-Way Coupling)的适用性。特别介绍了分区耦合(Partitioned Approach)中数据映射(Data Mapping)技术在保持界面应力/位移连续性方面的精度损失控制,以及如何利用迭代算法(如Newton-Raphson方法)在流场、结构和热场之间实现稳定的信息交换。 --- 第三部分:先进CFD技术与工程实践 本部分聚焦于提升模拟效率、处理非定常复杂现象以及与新兴技术的融合。 3.1 非定常流动模拟(Unsteady Flow Simulation) 对于涡流脱落、颤振分析及动态失稳过程,定常(Steady)RANS方法失效。本书详细介绍了如何实施大涡模拟(Large Eddy Simulation, LES)和分离涡模拟(Detached Eddy Simulation, DES)来捕捉非定常流动中的关键涡结构。重点分析了LES中亚网格尺度(Subgrid Scale, SGS)模型的选择对湍流能量耗散的物理正确性影响,以及DES模型中RANS到LES的无缝过渡机制在高升力系统(如襟翼/缝翼区域)复杂气动噪声源识别中的应用。 3.2 几何建模与网格生成技术的突破 网格质量是决定CFD精度的首要因素。本章探讨了面向复杂几何体的自动化、高质量网格生成技术。详细介绍了几何修复(Geometry Repair)工具在处理CAD模型缺陷方面的策略。针对边界层和激波附近,讨论了几何自适应网格加密(Geometry-Adaptive Mesh Refinement)技术,特别是如何通过基于曲率的局部网格细化,在保证激波俘获精度的同时,显著减少总体网格数量,从而降低计算成本。 3.3 CFD与人工智能的交叉融合 本书最后探讨了CFD领域的前沿趋势——机器学习(ML)在加速模拟过程中的潜力。这包括利用数据驱动模型(Data-Driven Models)来替代昂贵的部分物理模型(如某些反应速率或SGS模型),以及利用代理模型(Surrogate Models)基于少量高保真计算结果,快速预测参数空间内不同设计点的气动性能。讨论了如何利用深度学习网络(如卷积神经网络CNN)从CFD结果中自动提取和识别关键物理特征,辅助设计迭代。 --- 总结与展望 本书强调了CFD不仅仅是求解方程,更是一种严谨的科学工程方法论。通过系统性的理论阐述和前沿案例分析,本书期望读者能够掌握高保真数值模拟的核心能力,为解决未来航空航天领域中更为严峻的气动、热力与结构挑战打下坚实的理论和实践基础。

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我是一名在机械制造行业工作多年的技术人员,虽然我的工作主要集中在宏观的加工和装配,但《金属材料的辐射损伤》这本书,却让我对材料的深层特性有了更深刻的理解。书中关于材料在极端环境下的行为,让我联想到了我们平时遇到的材料失效问题,虽然原因不同,但对材料性能的理解是共通的。作者在书中详细描述了各种辐射损伤对材料力学性能的影响,例如屈服强度、断裂韧性、疲劳寿命等。这让我意识到,即使是看似坚固的金属,在特定的环境下也可能变得脆弱不堪。书中关于“辐照诱导析出”的部分,尤其引起了我的兴趣。作者解释了在辐射作用下,材料内部的溶质原子如何聚集形成新的相,从而影响材料的性能。这让我思考,在我们的日常制造过程中,是否存在类似的微观变化,只是我们未曾察觉?这本书扩展了我对材料性能的认知边界,让我更加敬畏材料科学的神奇之处。它让我明白,材料并非一成不变,其性能会受到多种复杂因素的影响,而辐射损伤只是其中一个极端而重要的例子。

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我是一名在职的核工程师,长期以来,《金属材料的辐射损伤》这本书是我工作和学习中不可或缺的参考。这本书的实用性和深度是我高度认可的地方。书中详细列举了在不同运行条件下的核反应堆、加速器以及太空探测器等应用场景中,金属材料所面临的辐射损伤类型和程度。作者针对这些实际问题,提供了详尽的解决方案和对策。例如,在核燃料包壳材料的选择上,书中详细分析了各种合金在高温、高辐照下的性能衰减,并提出了改善方法,包括合金成分的优化、热处理工艺的调整等。我还特别注意了关于“抗辐照材料设计”的章节,其中涉及到了如何通过改变材料的微观结构和化学成分来提高其抵抗辐射损伤的能力。书中还详细介绍了用于监测和评估材料辐射损伤的各种无损检测技术,这对于保障核设施的安全运行至关重要。它不仅仅是理论知识的传授,更是直接指导工程实践的宝贵经验总结。这本书的内容,就像是作者将多年在实际工程中遇到的问题,通过科学的分析和总结,提炼出的精华,为我们这些一线工程师提供了宝贵的指导和启发。

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我并非材料专业的学生,只是因为对前沿科技的兴趣而选择了《金属材料的辐射损伤》这本书。读这本书的过程,对我来说是一次“拓荒”式的学习体验。作者在开篇就设定了一个非常高的门槛,对金属晶格结构、晶体缺陷的形成机制等基础知识进行了详细介绍。我不得不花费大量时间去理解这些概念,并查阅相关的背景资料。然而,正是这种挑战,让我体会到了知识的乐趣。书中关于“辐照缺陷的动力学”部分,对我来说尤为烧脑。作者用数学模型和动力学方程来描述原子缺陷的产生、迁移、聚集和湮灭过程。虽然我无法完全理解每一个公式的推导,但我能感受到作者试图通过严谨的量化分析,来揭示辐射损伤的内在规律。书中还引入了计算机模拟技术,如分子动力学模拟和蒙特卡罗模拟,来预测材料在辐射环境下的行为。这些模拟结果与实验数据相结合,为理解复杂的损伤机制提供了有力的支持。读完这部分,我才意识到,原来科学研究已经发展到如此精密的程度,能够通过计算机“预演”材料的命运。这本书虽然难读,但其价值在于它为你打开了一扇通往前沿科学的大门,让你看到无限的可能性。

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作为一个业余的科普爱好者,我一直觉得核工程领域离我非常遥远,直到我偶然看到了《金属材料的辐射损伤》这本书。这本书以一种相对易懂的方式,为我揭开了辐射损伤的神秘面纱。作者在开篇就用非常生动的比喻,将原子比作微小的“积木”,而辐射则是“捣蛋鬼”,它们会破坏积木的排列,导致整体结构不稳定。这种形象化的描述,让我瞬间对复杂的概念产生了亲近感。书中还穿插了许多趣味性的案例,比如太空卫星在宇宙辐射下的“衰老”,核电站燃料棒的“疲劳”,都让我对辐射损伤的实际影响有了更直观的认识。虽然书中不乏一些专业术语,但作者都会在适当的地方进行解释,或者提供详细的图解。我尤其喜欢其中关于“自愈合”的讨论,它让我了解到,在某些情况下,材料本身也具备一定的修复能力,这让我觉得科学世界充满了惊喜。这本书让我看到了科学的严谨与趣味并存,也让我对金属材料在极端环境下的表现有了全新的认识。它不是一本艰涩难懂的教科书,更像是一位耐心细致的老师,引导我一步步探索未知的科学世界。

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我是一名研究生,正在攻读材料科学与工程专业,而《金属材料的辐射损伤》这本书,简直是我的“导师”之一。书中的内容之详实,论述之深入,是我在其他教材中难以找到的。作者在对各种辐射损伤现象进行描述的同时,还深入探讨了其背后的物理机制。例如,关于“肿胀”的章节,作者详细分析了空泡的形成、生长和连接过程,并结合了实验数据和理论模型,给出了非常全面的解释。我尤其对书中关于“辐照脆性”的讨论印象深刻,作者不仅解释了脆性的产生原因,还探讨了如何通过改变材料的微观组织和成分来提高材料的韧性。书中引用的文献数量庞大,涵盖了该领域的经典著作和最新研究成果,这为我进一步深入研究提供了丰富的资源。我经常在撰写论文时查阅这本书,它提供的严谨论证和详实数据,为我的学术研究提供了坚实的支撑。这本书不仅仅是知识的罗列,更是对学科发展脉络的梳理和对未来研究方向的指引。它让我看到了辐射损伤研究的无限可能性,也激发了我在这个领域不断探索的决心。

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我一直对新材料的研发和应用充满兴趣,当我在书店看到《金属材料的辐射损伤》时,立刻被它所吸引。这本书并非仅仅罗列枯燥的理论,而是将理论与实际应用紧密结合,让读者能更直观地理解辐射损伤的重要性。书中对不同类型金属材料(如不锈钢、锆合金、镍基合金等)在不同辐射条件下的响应进行了深入探讨。我特别关注了其中关于快中子辐照对材料力学性能影响的部分。作者详细描述了辐照硬化、延脆以及蠕变等现象,并解释了其微观机制,例如辐照诱导的位错钉扎和织构的形成。读到关于核反应堆结构材料的部分,我惊叹于工程师们如何在如此严苛的环境下设计和选择材料。书中引用的许多案例,都展示了科学家们如何通过精密的实验和模拟,预测材料在长期服役中的行为,并提出相应的缓解措施。例如,为了减少辐照引起的肿胀,书中提出了多种合金设计策略,包括添加溶质原子、控制晶粒尺寸等。这些内容让我看到了材料科学在核能、空间探索等前沿领域所扮演的关键角色。这本书的深度和广度都令人赞叹,它不仅仅是关于“损伤”,更是关于如何“理解”和“应对”损伤,这对于任何一个从事相关领域工作的人来说,都是一笔宝贵的财富。

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我是一位对未来科技充满憧憬的年轻人,《金属材料的辐射损伤》这本书,让我看到了材料科学在应对未来挑战中的巨大潜力。书中描绘的太空探索、核聚变能源等场景,都离不开高性能金属材料的支撑,而辐射损伤则是这些材料面临的最大障碍之一。作者在书中不仅分析了损伤的成因,更重要的是,提供了应对损伤的思路和方法。我被书中关于“抗辐照材料开发”的章节所吸引,其中介绍的各种新型合金设计理念和制备技术,都充满了前瞻性。例如,作者提到了利用纳米材料来增强材料的抗辐照能力,以及开发具有自修复功能的智能材料。这些概念让我看到了科学研究是如何不断突破极限,为人类的未来发展提供解决方案的。这本书让我意识到,金属材料的辐射损伤研究,并非仅仅是一个学术上的难题,更是关乎人类能否成功迈向更广阔的宇宙、能否实现可持续能源发展的重要课题。它让我对材料科学这个领域充满了敬意,也激发了我未来投身于相关研究的愿望。

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这本《金属材料的辐射损伤》真是一本厚重的著作,我拿到它的时候,就觉得沉甸甸的,仿佛捧着的是一本凝聚了无数科学家心血的百科全书。翻开第一页,就被那严谨的排版和密密麻麻的专业术语给镇住了。虽然我并非科班出身,对核工程领域了解甚少,但好奇心驱使我一步步深入。作者在开篇就详细阐述了辐射损伤的根本原因,从微观层面剖析了原子是如何在强辐射环境下发生位移、产生空位和间隙原子,进而形成各种缺陷的。这部分内容简直是金属材料的“创伤史”,让我清晰地看到了看不见的微观世界里正在发生的剧烈变化。随后,书中引入了各种表征手段,例如透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等,来“诊断”这些损伤。我尤其对描述如何通过这些技术观察到位错环、辐照诱导析出相的章节印象深刻。作者用大量的图例和实例,将抽象的科学原理形象化,使得即使是对材料科学不甚了解的我,也能大概理解这些损伤对材料宏观性能的影响。它不仅是理论的堆砌,更像是通过一步步的实验证据来论证理论的可靠性。读到这里,我才真正体会到,原来我们习以为常的金属材料,在极端的辐射环境下,竟然会发生如此翻天覆地的变化,这背后蕴含着多么复杂的物理和化学过程。这本书的严谨性由此可见一斑,对于想要深入了解这一领域的专业人士而言,无疑是一份宝贵的参考资料。

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作为一个对科学史和科技发展脉络感兴趣的读者,我偶然翻阅了《金属材料的辐射损伤》。这本书虽然聚焦于一个非常专业的领域,但其蕴含的科学精神和探索历程同样引人入胜。书中追溯了辐射损伤研究的发展历程,从早期对核武器试验后材料变化的观察,到后来为了发展民用核能而进行的系统性研究。作者通过梳理不同时期代表性的研究成果和技术突破,勾勒出了这个学科的演进轨迹。我尤其对书中关于早期辐射损伤理论模型建立的过程描述印象深刻。例如,关于碰撞级联理论和缺陷聚集模型的演变,作者并非简单介绍结论,而是深入探讨了这些理论是如何在实验观察和理论计算的相互促进下逐步完善的。这让我感受到科学研究的艰辛与智慧,以及一代代科学家们前赴后继的努力。书中还提到了许多经典的实验装置和方法,这些都是当时科技水平的缩影,也印证了科学发展的循序渐进。阅读这本书,就像是在与历史对话,了解这些看似枯燥的专业知识背后,其实蕴藏着人类对物质世界不懈追求的科学精神。它不仅是关于材料的损伤,更是关于人类认识和改造世界的智慧。

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从物理学的角度来看,《金属材料的辐射损伤》这本书,是一部关于能量与物质相互作用的精彩案例集。作者在书中深入阐述了高能粒子(如中子、质子、电子等)与金属晶格原子碰撞后,如何引发一系列复杂的物理过程。我被书中关于“碰撞级联”的描述深深吸引,它清晰地展示了入射粒子如何像“滚雪球”一样,不断地撞击和驱逐晶格中的原子,从而在材料内部形成大面积的缺陷。随后,书中还详细讨论了这些缺陷的演化过程,包括缺陷的迁移、聚集形成团簇,以及与位错、晶界等结构的相互作用。作者运用了大量的物理概念和模型,来解释这些微观现象,例如弗伦克尔缺陷对、查德-维格纳效应等。我尤其对书中关于“扩散”和“形变”的讨论印象深刻,它揭示了辐射损伤如何通过改变原子的运动和位置,最终导致材料宏观尺寸的改变和性能的衰退。这本书让我看到了物理学原理在材料科学领域的深刻应用,也让我对微观世界里的能量转化和物质变化有了更宏观和深刻的理解。

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