Physics-Based Deformable Models pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Kluwer Academic Pub

作者:Metaxas, Dimitris N.

出品人:

页数:323

译者:

出版时间:1996-11

价格:$ 349.17

装帧:HRD

isbn号码:9780792398400

丛书系列:

图书标签:

物理引擎
变形模型
计算机图形学
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具体描述

Physics-Based Deformable Models presents a systematic physics-based framework for modeling rigid, articulated, and deformable objects, their interactions with the physical world, and the estimate of their shape and motion from visual data. This book presents a large variety of methods and associated experiments in computer vision, graphics and medical imaging that help the reader better to understand the presented material. In addition, special emphasis has been given to the development of techniques with interactive or close to real-time performance. Physics-Based Deformable Models is suitable as a secondary text for graduate level courses in Computer Graphics, Computational Physics, Computer Vision, Medical Imaging, and Biomedical Engineering. In addition, this book is appropriate as a reference for researchers and practitioners in the above-mentioned fields.

当代材料科学前沿探索：非线性材料行为与结构响应的解析书籍简介本书致力于深入探讨当代材料科学领域中最为复杂和关键的挑战之一：非线性材料行为及其在复杂结构体系中的动态响应。面对现代工程、生物医学和地质学等领域对高性能、多功能材料日益增长的需求，理解和精确预测材料在极端载荷、大变形以及环境耦合作用下的内在机制至关重要。本书并非对特定计算方法的全面综述，而是侧重于建立从微观结构特征到宏观力学响应的理论桥梁，并结合先进的实验验证手段，构建一套系统的分析框架。第一部分：非线性本构理论的深化与扩展本部分聚焦于描述材料在超出弹性极限后的行为所需的先进本构关系。我们首先回顾了经典弹性理论的局限性，并引入了基于能量密度函数的超弹性模型。重点内容包括：高阶应变张量的引入与应用：探讨了在处理大旋转和显著体积变化（如泡沫、多孔介质）时，Green-Lagrange、Alman-Elastic 框架的适用性及其在有限元分析中的数值实现细节。粘塑性与损伤演化：深入分析了金属、聚合物在高速加载或高温条件下表现出的时间依赖性。详细阐述了基于内变量理论的粘塑性模型（如Perzyna模型、Johnson-Cook模型）的参数辨识方法，并引入了相场（Phase-Field）方法来模拟裂纹的萌生、扩展与分支，强调其在避免传统断裂力学奇点问题上的优势。各向异性与复合材料的建模：针对纤维增强复合材料和晶体塑性，本书构建了描述材料内部取向依赖性变形的数学框架。特别是对晶体塑性的Orowan循环和位错密度演化机制进行了详细的力学描述，这对于理解金属的疲劳寿命预测至关重要。第二部分：多物理场耦合下的结构响应现代工程问题的复杂性往往源于材料变形与热、电、湿等物理场之间的相互作用。本部分系统地构建了多物理场耦合的理论基础。热-力学耦合分析：重点讨论了材料内部热耗散与温度梯度对力学性能的反馈效应。我们详细分析了绝热剪切带（Adiabatic Shear Band）的形成条件，并结合焦耳热效应，探讨了在高速冲击下材料失效的临界标准。书中包含关于热弹性、热粘塑性问题的统一控制方程组的推导。电活性材料的机理研究：针对压电陶瓷、电活性聚合物（EAPs）等智能材料，本书深入探讨了逆耦合问题，即应力场如何影响电位移，以及电场激励如何驱动材料发生大变形。本章对本构关系中的电-力耦合项进行了严格的张量分析。流固耦合（FSI）在柔性结构中的应用：侧重于低密度、高柔性结构（如水下机器人蒙皮、软体机器手）与周围流体介质的相互作用。我们探讨了ALE（Arbitrary Lagrangian-Eulerian）方法在处理流体域剧烈变形时的优势，以及如何将流体动量方程与结构动力学方程进行稳定、高效的迭代耦合求解。第三部分：计算模拟与数值方法（侧重于离散化挑战）理论模型的建立必须依赖于可靠的数值方法来实现。本部分着重分析了处理高度非线性、大变形问题时，传统有限元方法的内在局限性以及新兴的离散化技术。非线性有限元求解器的鲁棒性：详细分析了牛顿-拉夫逊法在收敛困难情况下的稳定化策略，包括线搜索（Line Search）与阻尼技术。针对材料刚度矩阵奇异性问题，提出了基于弧长法（Arc-Length Methods）的路径跟踪算法，以准确捕捉载荷-位移曲线上的软化和回跳点。几何非线性的处理：探讨了更新的拉格朗日（Updated Lagrangian）和真实拉格朗日（True Lagrangian）框架在描述结构大位移时的区别与计算成本权衡。书中特别强调了在壳体和梁单元中处理接触碰撞问题的复杂性，包括非穿透约束的施加与惩罚刚度法的选择。基于无网格方法的探索（Meshless Methods）：鉴于传统网格在处理界面演化（如裂纹扩展、材料分离）时的重划分困难，本书引入了光滑粒子流体动力学（SPH）和扩展有限元法（XFEM）的基本概念。重点阐述了XFEM如何通过添加富集函数来捕捉不连续解，从而避免网格畸变。第四部分：实验表征与模型验证理论和计算的有效性最终依赖于与真实世界数据的对比。本部分阐述了先进的实验技术如何服务于材料参数的辨识和模型的校准。全场应变测量技术（DIC）：详细介绍了数字图像相关（DIC）技术的工作原理，以及如何利用三维DIC系统捕获复杂载荷路径下的全场应变分布，为建立各向异性材料的本构模型提供高密度数据支持。动态响应与冲击测试的集成：论述了使用高速摄影和激光多普勒测速仪（LDV）对材料进行高应变率加载测试的方案设计。重点是如何从时间历程数据中反演出动态屈服强度和粘滞系数。逆向工程与参数优化：介绍如何结合遗传算法或贝叶斯方法，将实验观察到的宏观响应（如载荷-位移曲线、裂纹路径）作为目标函数，反向优化复杂非线性本构模型中的大量材料参数，以实现模型与实验的最佳拟合。本书适合材料科学、固体力学、机械工程及航空航天工程领域的高年级本科生、研究生以及致力于复杂结构分析和材料行为建模的工程师与研究人员阅读。全书力求在严谨的数学推导和直观的物理图像之间取得平衡，为读者提供一套应对现代工程挑战的坚实理论工具箱。