Damage and Failure of Composite Materials pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Cambridge Univ Pr

作者:Talreja, Ramesh

出品人:

页数:304

译者:

出版时间:2012-6

价格:$ 118.65

装帧:HRD

isbn号码:9780521819428

丛书系列:

图书标签:

复合材料
损伤分析
失效分析
力学性能
材料科学
结构工程
复合材料力学
断裂力学
无损检测
材料测试

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具体描述

Understanding damage and failure of composite materials is critical for reliable and cost-effective engineering design. Bringing together materials mechanics and modeling, this book provides a complete guide to damage, fatigue and failure of composite materials. Early chapters focus on the underlying principles governing composite damage, reviewing basic equations and mechanics theory, before describing mechanisms of damage such as cracking, breakage and buckling. In subsequent chapters, the physical mechanisms underlying the formation and progression of damage under mechanical loads are described with ample experimental data, and micro- and macro-level damage models are combined. Finally, fatigue of composite materials is discussed using fatigue-life diagrams. While there is a special emphasis on polymer matrix composites, metal and ceramic matrix composites are also described. Outlining methods for more reliable design of composite structures, this is a valuable resource for engineers and materials scientists in industry and academia.

好的，这是一本专注于材料科学领域，探讨先进结构材料的著作的详细简介，完全不涉及复合材料的损伤与失效。 --- 《先进结构材料的性能优化与寿命预测：基于多尺度分析的方法论》本书导言在当代工程实践中，从航空航天到土木基础设施，对材料性能的要求正以前所未有的速度攀升。特别是在极端载荷条件、高温高压环境以及长期服役的背景下，材料能否维持其设计初衷的强度、刚度和耐久性，直接决定了整个系统的安全性和经济性。本书并非聚焦于复合材料的特定失效模式，而是旨在构建一套系统的、跨尺度的理论框架，用以理解和预测传统金属材料、高性能陶瓷以及新型无机非金属材料在复杂服役条件下的宏观乃至微观响应。本书的核心目标是为材料科学家、结构工程师和研发人员提供一套精细化的分析工具，以实现对材料性能的精准调控和长效寿命的可靠评估。我们将深入探讨材料内部结构如何影响其宏观力学行为，并详细阐述如何利用先进的计算模拟技术弥合不同尺度之间的鸿沟。第一部分：多尺度建模基础与材料本构关系本部分奠定了全书的理论基石，侧重于构建描述材料行为的数学模型，这些模型能够跨越晶体结构、微观组织到宏观构件的尺度差异。第一章：晶体塑性与位错动力学本章从最基础的尺度——晶体结构层面入手。我们将详述单晶和多晶体材料中位错的产生、运动和交互作用。重点讨论晶体塑性本构模型（Crystal Plasticity Constitutive Models），包括对不同滑移系激活的精确描述，以及如何将微观的位错密度演化规律与宏观应变硬化现象关联起来。我们将详细解析弹塑性本构关系的建立，以及如何通过晶体学取向对各向异性进行量化描述。此外，对晶界处的应力集中和弛豫机制也将进行深入探讨。第二章：微观结构表征与有效介质理论在微米尺度上，材料的性能受其微观组织，如晶粒尺寸、晶界形态、偏析相等因素的显著影响。本章着重介绍如何利用先进的成像技术（如高分辨电子显微镜、X射线衍射）来量化这些微观特征。随后，本书将引入有效介质理论（Effective Medium Theories, EMT），例如自洽模型（Self-Consistent Schemes）和平均场近似（Mean-Field Approximations），来预测具有复杂微观结构（如具有特定孔隙分布的金属或陶瓷）的材料的平均弹性模量和导热系数。第三章：热力学驱动的微观转变许多高性能金属（如高温合金、形状记忆合金）和陶瓷的性能与温度密切相关。本章专注于相变驱动的力学响应。详细阐述如何利用热力学理论（如吉布斯自由能最小化原理）来描述相变过程中的应力诱导转变，尤其关注马氏体相变在应力场下的偏好取向和应变演化。我们将介绍如何将这些相变模型嵌入到有限元框架中，以准确模拟热-力耦合效应下的材料行为。第二部分：先进金属与陶瓷的力学行为分析本部分将理论应用于两类工程中最为关键的结构材料：高性能金属合金和结构陶瓷。第四章：高温合金的蠕变与疲劳针对航空发动机和核能领域对高温承载能力的要求，本章全面解析了镍基高温合金在长期高温服役下的两大关键问题：蠕变和热疲劳。关于蠕变，我们将区分初级、次级和三级蠕变的物理机制，并重点介绍基于位错运动和扩散机制的基于物理的蠕变本构模型（Physics-Based Creep Models）。在热疲劳方面，本书将深入探讨热机械疲劳（TMF）的复杂性，特别是塑性应变范围与循环寿命之间的关系，以及晶界滑移在热循环过程中的作用。第五章：结构陶瓷的断裂韧性与抗冲击性结构陶瓷因其优异的耐高温性和耐腐蚀性而备受青睐，但其固有脆性是主要挑战。本章着重研究如何提高和评估陶瓷的断裂韧性。内容涵盖裂纹扩展的微观机制，如桥接作用（Bridging）、裂纹偏转和微裂纹的形成。我们将详细介绍基于断裂力学原理的应力强度因子分析，并讨论如何通过表面改性和预应力技术来提高陶瓷构件的抗弯强度和抗冲击性能。第六章：增材制造金属的显式组织各向异性增材制造（AM）技术正在重塑金属零件的制造范式，但其独特的凝固过程导致了显著的组织各向异性。本章专门研究选择性激光熔化（SLM）形成的钛合金和铝合金的微观结构。我们将分析层与层之间的热影响区（HAZ）效应，并建立描述AM材料特有织构（Texture）和残余应力分布的本构模型，从而预测其在不同制造方向上的力学性能差异。第三部分：寿命预测与剩余寿命评估本部分的重点是将前两部分的本构模型转化为可用于工程决策的寿命预测工具，关注材料的长期可靠性。第七章：疲劳寿命预测的高级方法疲劳依然是结构失效的主要原因。本书将超越传统的S-N曲线方法，深入探讨基于损伤容许度（Damage Tolerance）的疲劳分析。重点介绍如何利用Paris-Erdogan定律的修正形式来描述裂纹扩展速率，特别是针对不同应力水平和环境因素下的耦合效应。我们将详细论述如何将微观塑性累积模型与宏观裂纹扩展模型进行耦合，以实现更精确的疲劳寿命预测。第八章：热老化与氧化诱导的性能衰减对于在高温或腐蚀性环境中服役的金属材料，性能衰减往往由化学过程和力学载荷的耦合引起。本章专注于热老化（Overaging）和氧化腐蚀对材料力学性能的持久性影响。我们将建立描述氧化层生长动力学的模型，并探讨这种表层损伤如何通过有效载荷面积的减小以及表面残余应力的改变，反向影响材料的疲劳或蠕变性能。第九章：寿命预测的计算框架与验证本章总结如何集成多尺度模型，构建一个完整的寿命预测计算流程。我们将介绍如何利用有限元方法（FEM）对复杂几何形状进行应力分析，并将微观材料参数作为输入。关键在于后处理阶段，即如何将计算得到的局部损伤变量（如塑性应变、累积耗散能）映射到可判读的剩余寿命指标上。最后，本书强调了实验验证的重要性，并介绍了加速寿命测试（ALT）与模型校准的最佳实践。总结《先进结构材料的性能优化与寿命预测》为研究人员提供了一套全面的、跨越多个尺度的分析工具集，致力于通过深入理解材料内部机制来优化其宏观性能和保障长期可靠性。本书的深度和广度旨在推动下一代高性能结构材料的理性设计与安全应用。