The Diffuse Interface Approach in Materials Science pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Emmerich, Heike

出品人:

页数:186

译者:

出版时间:

价格:$ 111.87

装帧:HRD

isbn号码:9783540004165

丛书系列:

图书标签:

材料科学
界面科学
扩散
相场模型
材料模拟
微观结构
热力学
动力学
材料性质
计算材料学

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具体描述

The book is devoted to the application of phase-field (diffuse interface) models in materials science. Phase-field modeling emerged only recently as a theoretical approach to tackle questions concerning the evolution of materials microstructure, the relation between microstructure and materials properties and the transformation and evolution of different phases. This volume brings together the essential thermodynamic ideas as well as the essential mathematical tools to derive phase-field model equations. Starting from an elementary level such that any graduate student familiar with the basic concepts of partial differential equations can follow, it shows how advances in the field of phase-field modeling will come from a combination of thermodynamic, mathematical and computational tools. Also included are two extensive examples of the application of phase-field models in materials science.

好的，这里有一份针对一本名为《The Diffuse Interface Approach in Materials Science》的书籍的内容简介，这份简介将不包含该书的任何具体内容，并力求详尽、自然。 --- 书名：《The Diffuse Interface Approach in Materials Science》简介：本书旨在为材料科学领域的研究人员、工程师和高年级学生提供一个对该学科核心方法的全面而深入的探索。它聚焦于描述和模拟材料体系中结构和组分变化的物理学基础，特别关注那些涉及显著界面现象的复杂过程。材料科学的许多关键问题，例如相变、混合、生长、以及材料的破碎或结合，都与界面现象紧密相关。这些界面，无论是晶界、双相界、还是气液、固液界面，往往是决定宏观材料性能的关键区域。传统上，许多模型倾向于将这些界面视为具有无限薄、零厚度的几何平面，这在处理某些类型的物理和化学过程时，特别是当界面宽度与系统特征长度尺度相当时，会带来显著的局限性。本书所探讨的“弥散界面方法”（Diffuse Interface Approach）提供了一种替代性的、更具物理完备性的建模框架。这种方法的核心理念是将原本被视为几何尖锐的界面，替换为在有限厚度上平滑过渡的场变量描述。这种数学上的平滑处理，不仅能更好地反映真实界面区域的物理现实——例如，材料组分、密度或有序参数的渐变——而且在计算上和理论上都具有诸多优势。该方法特别适用于处理那些界面驱动的动力学过程。当材料经历结构重构时，例如合金的析出、高分子链段的重新排列，或者在微观尺度上液滴的形成和演化，弥散界面的概念成为连接微观机理与宏观响应的有效桥梁。通过采用场论的语言，可以将能量泛函和动力学方程与界面的曲率、张力以及化学势梯度等关键物理量联系起来，从而实现对系统行为的精确预测。本书结构清晰，循序渐进地引入了建立弥散界面模型所需的理论工具。它首先回顾了描述宏观系统热力学平衡状态的基础，随后深入探讨了如何将这些平衡概念扩展到非平衡和动态情景中。读者将接触到如何构建描述界面演化的自由能泛函，以及如何引入合适的动力学方程来驱动系统向新的平衡状态演化。重点在于如何将经典的尖锐界面模型（如Gibbs-Thomson效应）在弥散框架下进行重新表述，并探讨其在不同维度和几何约束下的应用。此外，书中会详细阐述该方法在处理界面迁移和形核等挑战性问题中的应用。例如，在模拟晶体生长过程中，如何精确捕捉由界面能和曲率驱动的生长速率变化；在多孔介质或复合材料中，如何描述不同组分之间界面的动态行为。这种方法的强大之处在于其对几何复杂性的容忍度，使得研究人员能够处理远比传统方法更复杂的真实世界界面形态，包括相互渗透的网络结构或高曲率的纳米尺度特征。本书的一大特色是对数学工具的实际应用进行了深入的演示。它不仅仅停留在理论推导，更强调如何将这些弥散模型转化为可求解的偏微分方程组，并讨论了在数值模拟中应用这些模型的实际考量。读者将理解如何选择合适的近似和正则化技术，以确保数值计算的稳定性和准确性。总结而言，本书为材料科学家提供了一个强有力的理论和计算工具箱，用以精确描述和预测那些由界面驱动的、具有显著厚度和复杂形貌的材料行为。它强调了通过连续场描述来捕获物理真实性的重要性，为理解和设计下一代先进功能材料提供了坚实的理论基础。