Foundations of Engineering pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:McGraw-Hill College

作者:Holtzapple, Mark Thomas/ Reece, W. Dan

出品人:

页数:752

译者:

出版时间:2002-7

价格:$ 213.57

装帧:HRD

isbn号码:9780072480825

丛书系列:

图书标签:

• 工程基础
• 工程学
• 基础知识
• 入门
• 大学教材
• 学科基础
• 工程原理
• 技术科学
• STEM
• 高等教育

好的，这是一本关于高级材料科学与工程的图书简介，内容侧重于前沿研究和复杂系统的应用，与您提到的《Foundations of Engineering》可能涵盖的基础工程原理形成区分。 --- 《先进结构与功能材料：从原子尺度到宏观应用》 图书概述 《先进结构与功能材料：从原子尺度到宏观应用》是一部深度聚焦于现代材料科学与工程领域尖端进展的学术专著。本书旨在为研究生、科研人员以及希望在材料设计、性能预测和实际工程应用中实现突破的专业工程师提供一个全面且深入的技术蓝图。它摒弃了传统工程力学教材中对宏观基本定律的泛泛而谈，转而深入探讨材料在极端环境下的行为机制、新颖的合成技术及其在下一代技术中的集成应用。全书的结构设计强调跨学科融合，特别是材料的量子力学基础、计算模拟方法与实际工程需求的无缝衔接。 核心内容模块 本书内容分为六大部分，层层递进，从基础理论延伸至复杂的系统工程挑战。 第一部分：多尺度材料建模与计算材料学 本部分是全书的理论基石，重点阐述了如何利用计算工具来理解和预测材料行为，这是现代材料设计流程中不可或缺的一环。 1. 量子力学在材料设计中的应用： 详细阐述了密度泛函理论（DFT）在高通量计算筛选中的应用，特别关注材料的电子结构、能带特性、缺陷形成能和催化活性位点的精确计算。深入探讨了如何通过第一性原理计算来优化合金的固溶强化机制和陶瓷的晶界能。 2. 介观尺度的动力学模拟： 详尽讨论了分子动力学（MD）模拟在模拟高熵合金（HEA）的短程有序、聚合物的缠结网络以及非晶态材料的弛豫过程中的方法论和局限性。重点解析了如何利用改进的势函数来准确捕捉高应变速率下的材料响应。 3. 连续介质模型与集成仿真： 探讨了有限元分析（FEA）在预测复杂载荷（如冲击、疲劳裂纹扩展）下的宏观响应，并着重介绍了如何将微观（MD）和介观（Phase Field）模型的结果，通过尺度链接方法，作为宏观有限元模型的输入参数，实现真正的多尺度集成仿真。 第二部分：超高性能结构材料的创新 本部分专注于开发和理解具有超越传统材料性能极限的新型结构材料。 1. 高熵合金（HEA）的设计原理与热力学稳定性： 系统性地介绍了高熵合金的概念、基于高熵因子和低混合焓的“迷宫模型”设计策略。深入分析了面心立方（FCC）、体心立方（BCC）和复合相HEA体系在高温蠕变、辐照损伤抗性方面的表现。 2. 纳米晶与超细晶材料的界面工程： 探讨了通过快速凝固、塑性变形（如高通量搅拌摩擦焊）和粉末冶金技术制备具有极高硬度和强度的纳米晶材料。重点分析了晶界扩散机制和晶界工程对材料超塑性的影响。 3. 仿生与梯度功能结构： 研究了模仿天然材料（如珍珠母、骨骼）的分层结构和梯度组成设计，以实现强度、韧性和轻质化的协同优化。探讨了增材制造技术在实现这些复杂梯度材料方面的关键作用。 第三部分：先进功能材料与智能响应 本部分转向那些具有特殊物理或化学响应特性的材料，它们是传感器、能源转换和信息技术的核心。 1. 铁电、压电与热释电材料的畴工程： 详细分析了钙钛矿结构（如PZT、BZT）的介电响应、非线性电学行为。重点讲解了如何通过电场极化和退极化过程来调控其压电系数（d33）和居里温度，以适应高性能传感器和能量收集器的需求。 2. 形状记忆合金（SMA）与应力诱导相变： 深入研究了NiTi及其复合材料的热弹性马氏体相变动力学、迟滞现象。讨论了如何利用预应变和热处理技术来优化其超弹性窗口和疲劳寿命，特别是在医疗器械和智能驱动器中的应用挑战。 3. 拓扑绝缘体与二维材料的输运特性： 探讨了石墨烯、二硫化钼（MoS2）等二维材料在原子级薄层上的电子和声子输运机制。分析了边缘效应、层间耦合对材料电学和热学性能的调控，及其在超高速电子器件中的潜力。 第四部分：极端环境下的材料退化与防护 材料在核能、航空航天和深海环境下面临的挑战，需要材料学家提出根本性的解决方案。 1. 辐照损伤机制与抗辐照材料设计： 聚焦于高能粒子（如中子和离子）与材料的相互作用，深入分析空位团簇的形成、位错环的演化以及对材料宏观脆化的影响。介绍通过元素合金化（如稀释效应）和微观结构钉扎来提高抗辐照性能的前沿研究。 2. 高温氧化与腐蚀的界面现象： 探讨了在超临界流体和富氧高温环境中，材料表面氧化膜的生长动力学、剥落机制和离子扩散路径。分析了使用反应扩散模型来预测保护性氧化物（如Cr2O3, Al2O3）的长期稳定性。 3. 热障涂层（TBCs）的失效分析： 详细阐述了陶瓷面层（如YSZ）与粘结层（如MCrAlY）界面在热循环下的应力积累和相变（如绿斑相的形成），以及如何通过新型界面设计来延长涂层的使用寿命。 第五部分：增材制造（AM）中的材料科学挑战 增材制造技术正在颠覆传统制造范式，但其引入了全新的材料微观结构控制难题。 1. 选择性激光熔化（SLM）过程中的冶金学： 剖析了在极高冷却速率下，金属粉末的熔化、液态金属池的流动、再凝固过程中发生的快速枝晶生长、孔隙形成和微裂纹的机制。 2. 增材制造结构件的异质性： 深入研究了AM过程中因扫描策略、层间热历史差异导致的显著织构（Texture）和残余应力分布。讨论了如何通过后处理（如热等静压HIP或定向退火）来消除这些结构上的各向异性，使性能与锻造件相当。 3. 陶瓷和复合材料的增材制造： 考察了陶瓷浆料的流变学控制（如光固化聚合）以及陶瓷粉末在激光/电子束加热下的烧结动力学，重点解决层间结合强度不足的问题。 第六部分：可持续材料与循环经济 关注材料的生命周期管理和环境影响，是未来工程的必然趋势。 1. 先进回收技术与稀有金属的提取： 探讨了从报废电子产品中分离和富集关键稀土元素和贵金属的湿法冶金和电化学方法，关注反应选择性、能源效率和二次污染的最小化。 2. 生物基与可降解聚合物的力学性能： 评估了聚乳酸（PLA）、聚羟基脂肪酸酯（PHAs）等生物基材料在实际工程应用中，如提高其阻隔性、热稳定性和长期力学可靠性的改性策略。 3. 碳捕获与利用（CCU）材料： 介绍用于二氧化碳吸附和催化转化的金属有机框架（MOFs）和共价有机框架（COFs）的孔隙结构设计、稳定性以及再生性能。 --- 目标读者 本书适合具备材料科学、物理学或机械工程领域本科高年级及研究生水平的读者。尤其推荐给从事高性能合金开发、先进电子器件设计、能源存储系统（如固态电池电极材料）研究的工程师和研究人员。 本书特色 深度与广度兼备： 平衡了微观机理的深度解析与宏观工程应用的广度覆盖。 计算驱动： 强调了第一性原理和分子动力学在材料发现中的核心地位。 前沿聚焦： 大篇幅讨论了增材制造、高熵合金和二维材料等热点领域。 实用性： 提供了大量的案例分析和实验验证方法，确保理论知识能转化为实际的工程解决方案。 本书不仅是一本参考手册，更是一份引领材料领域未来研究方向的路线图。

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