Continuum Thermomechanics pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Springer

作者:Maugin, Gerard A.; Drouot, Raymonde; Sidoroff, Francois

出品人:

页数:432

译者:

出版时间:2000-08-31

价格:USD 237.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780792364078

丛书系列:

图书标签:

Continuum Mechanics
Thermodynamics
Heat Transfer
Fluid Mechanics
Solid Mechanics
Materials Science
Mathematical Physics
Engineering Physics
Applied Mathematics
Constitutive Modeling

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具体描述

Contributed by world-renowned specialists on the occasion of Paul Germain's 80th birthday, this unique book reflects the foundational works and the intellectual influence of this author. It presents the realm of modern thermomechanics with its extraordinary wealth of applications to the behaviour of materials, whether solid or fluid. The thirty-one contributions follow an easygoing autobiographical sketch by Paul Germain, and highlight the power and richness of a methodological approach to the phenomenology of many materials. This approach combines harmoniously thermodynamics and continuum theory in order to provide exploitable, thermodynamically admissible models of a large variety of behaviours and phenomena, including those of diffusion, thermoelasticity, viscoplasticity, relaxation, hysteresis, wetting, shape-memory effects, growth, phase transitions, stability, fracture, shocks, machining of materials, microstructured solids, complex fluids, etc. Especially aimed at graduate students, researchers, and engineers in mechanical engineering and materials science, this book also presents the state of the art in an active field of research and opens new horizons in other scientific fields, such as applied mathematics and applied physics, because of the intellectual satisfaction and remarkable efficiency provided by the advocated approach.

塑形与激荡：材料行为的深邃解析本书旨在揭示物质在温度变化和机械应力协同作用下所展现出的复杂动态，深入探讨其形变、能量传递与相变的内在机制。我们不仅仅关注宏观的力学响应，更将目光投向微观层面，追溯原子、分子乃至晶格结构的行为如何决定材料的整体表现。通过严谨的理论框架与精密的计算模型，本书将引导读者理解，温度并非独立的物理量，而是深刻地塑造着材料的力学特性，反之亦然。第一章：热力学基础与连续介质模型本章将奠定理解后续内容所需的理论基石。首先，我们将回顾经典热力学定律，特别是能量守恒、熵增原理以及热力学平衡条件，并将其与连续介质力学相结合。我们将引入描述物质宏观性质的连续介质假设，以及应力、应变、温度梯度等关键物理量的张量表示。重点在于建立热力学状态方程，连接内部能量、焓、自由能等热力学势与温度、密度、组分等宏观变量。本章还将探讨热平衡与力学平衡的耦合关系，为后续深入分析材料的动态过程奠定基础。理解这些基本概念，对于构建准确描述材料热塑性行为的数学模型至关重要。第二章：热传导与温度场演化温度的分布与变化是热力学过程的核心驱动力之一。本章将系统阐述热传导的微观机理，包括晶格振动（声子）和自由电子在金属中的传热机制。我们将重点推导并分析傅里叶导热定律，探讨其适用的前提条件以及在非均匀介质和复杂几何形状中的应用。此外，本章还将深入研究热传导方程的求解方法，包括解析解和数值解技术，并分析温度场在材料中的演化过程，例如瞬态传热、稳态传热以及与边界条件相互作用下的复杂温度分布。对于实际工程应用而言，精确预测和控制材料内部的温度分布是避免热应力引发损伤的关键。第三章：弹性形变与热膨胀在较低温度和应力水平下，材料通常表现出弹性形变，即在外力移除后能够恢复原状。本章将详细阐述线弹性理论，引入杨氏模量、泊松比、剪切模量等弹性常数，并探讨它们与材料微观结构的关系。在此基础上，我们将引入热膨胀的概念，解释材料在温度变化时体积和尺寸的变化，推导热膨胀系数，并分析其与弹性常数的关系。特别地，我们将探讨各向异性材料的热膨胀行为，以及不同晶体结构或宏观取向对热膨胀特性的影响。理解材料的弹性响应和热膨胀特性，对于设计承受温度变化和机械载荷的结构件至关重要。第四章：塑性形变与流变行为当应力超过材料的屈服极限后，材料将发生不可逆的塑性形变。本章将深入剖析塑性形变发生的微观机制，包括位错的产生、运动和交互作用。我们将介绍不同的塑性本构模型，例如Mises屈服准则、Tresca屈服准则，并讨论其在不同材料体系中的适用性。此外，本章还将关注材料的流变行为，即在恒定应力或应变率作用下，材料随时间发生的形变。我们将探讨粘性流体、粘弹性材料和损伤材料的独特流变特性，并介绍相关的本构模型，如牛顿流体模型、Maxwell模型、Kelvin-Voigt模型等。理解塑性形变和流变行为，对于预测材料在极端载荷下的失效机制以及优化加工成型过程至关重要。第五章：热应力与热致相变温度变化和机械应力的相互作用会产生复杂的耦合效应，其中热应力是典型的表现。本章将系统推导热应力的产生机制，解释由于不均匀温度分布或约束产生的应力，并分析其与弹性、塑性形变的关系。我们将重点关注相变过程，即材料从一种物相转变为另一种物相的现象。相变往往伴随着体积变化和潜热的吸收或释放，这会进一步影响材料的应力和温度分布。本章将探讨不同类型的相变，如固-固相变、固-液相变，并分析温度、压力和应力对相变发生的影响。我们将引入描述相变的动力学模型，并分析相变对材料宏观力学性能的影响，例如强度、韧性和疲劳寿命。第六章：高级热力学模型与数值模拟为了更精确地描述材料在复杂工况下的行为，我们需要更先进的热力学模型和数值模拟技术。本章将介绍一些先进的本构模型，例如考虑应变硬化、应变率效应、损伤累积以及温度依赖性的模型。我们将深入探讨有限元方法（FEM）在解决复杂热力学问题中的应用，包括网格划分、单元选择、本构模型集成以及边界条件的处理。此外，本章还将介绍一些新兴的数值模拟技术，如无网格法（meshless methods）和分子动力学模拟（MD），这些技术能够处理更精细的材料结构和更复杂的失效机制。通过数值模拟，我们可以对材料在极端温度和载荷下的行为进行预测和优化，从而指导工程设计和材料开发。第七章：实验测量技术与验证理论模型的建立离不开实验的支撑。本章将介绍用于测量材料热力学和力学行为的关键实验技术。我们将重点关注高温拉伸试验、热膨胀仪、差示扫描量热法（DSC）、热重分析（TGA）等用于表征材料热学性质的设备。同时，我们还将介绍用于测量应力-应变曲线、疲劳寿命以及断裂韧性的力学测试方法。此外，本章还将探讨如何利用先进的显微技术，如扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM），来观察材料在热载荷和力学载荷作用下的微观结构演化。实验结果的分析和与理论模型的对比验证，是不断完善我们对材料行为理解的关键环节。第八章：应用案例分析与前沿展望本书的最后一章将通过具体的应用案例，展示所介绍的理论和方法在实际工程中的应用。我们将分析航空航天材料在极端温度环境下的热应力问题，探讨核反应堆材料在高温高压下的形变行为，以及生物材料在体温环境下的力学响应。通过这些案例，读者将能够更直观地理解热力学力学在工程设计和材料选择中的重要作用。最后，本章将对该领域的前沿研究方向进行展望，例如多尺度耦合模拟、人工智能在材料建模中的应用、以及新型热功耦合材料的设计与开发。我们期待读者能够在此基础上，进一步探索和贡献于这一充满挑战与机遇的研究领域。本书的编写旨在提供一个全面而深入的视角，帮助读者理解物质在温度和应力协同作用下的复杂行为。通过对理论、模型、数值模拟和实验技术的结合，我们力求为材料科学家、工程师以及相关领域的学生提供一套系统的知识体系，从而更好地解决实际工程问题，并推动新材料的研发与应用。