非均质材料电磁力学与功能设计

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页数:225
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出版时间:2010-1
价格:39.80元
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isbn号码:9787118066524
丛书系列:
图书标签:
  • 电磁力学
  • 非均质材料
  • 功能设计
  • 材料科学
  • 电磁场
  • 数值计算
  • 工程应用
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  • 生物电磁
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具体描述

《非均质材料电磁力学与功能设计》系统而全面地阐述了作者研究的非均质材料电磁力学新理论及其在现代工程中的功能设计,是非均质(梯度)材料电磁力学方面的一部学术专著。全书共8章,分上、下两篇。上篇(前4章)完整论述非均质(梯度)材料电磁力学的理论体系。包括学术思想、理论模型、求解方法;下篇(后4章)介绍非均质(梯度)材料电磁力学仿真方法、功能设计、实验方法及工程应用等,以非均质材料电磁设计为主线,重点围绕功能设计问题,阐述电磁理论在新材料及科学工程中的应用,并选取有代表性的若干个具体工程应用实例予以重点介绍。有关电磁力学和材料功能设计的研究是目前力学、宇航、控制及材料科学等学科的研究热点之一。《非均质材料电磁力学与功能设计》以作者近年来在这方面的系列化研究成果为主要内容,是具有较为完整理论体系和实验验证的非均质材料电磁力学方面的专著,可以为电磁力学问题的分析和评价提供基本理论和方法。

《非均质材料电磁力学与功能设计》不仅理论方法先进,而且工程应用性强,适合于力学、宇航、车辆和机电等专业的科研、设计人员及工程技术人员阅读参考,并可兼作高等院校相关专业相关方向的教师、博士研究生、硕士研究生教学用书,也可作为力学、宇航、车辆、机电和其他相关专业本科生的学习参考书和工具书。

好的,这是一份关于 《非均质材料电磁力学与功能设计》 一书的详细图书简介。 --- 图书简介:非均质材料电磁力学与功能设计 导言:跨越传统界限的材料科学新篇章 在现代工程和前沿技术领域,材料的性能已不再仅仅依赖于其化学成分,更深刻地取决于其内部结构的非均质性。从微电子器件到先进的复合材料,再到生物医学工程中的仿生结构,理解和调控材料在电磁场作用下的响应机制,已成为推动技术创新的关键瓶颈。 《非均质材料电磁力学与功能设计》是一部系统性、综合性的学术专著,旨在深入探讨由不同材料组成的复合结构或具有内在梯度变化的材料,在电磁场作用下所表现出的独特力学响应和电磁特性。本书不仅立足于经典场论与固体力学的基础,更以前瞻性的视角,构建起一个连接微观结构、宏观性能与功能化设计的理论框架。它面向科研工作者、高级工程师以及相关专业的高年级本科生和研究生,是理解和设计下一代智能、适应性材料不可或缺的参考指南。 第一部分:理论基础与模型构建 本书的基石在于对非均质介质电磁行为的精确数学描述。我们首先回顾了麦克斯韦方程组在非均匀介质中的形式,并引入了界面与边界条件的精细处理方法。 一、多尺度建模与界面物理: 本书详尽阐述了如何处理材料内部的相界面和结构边界。对于宏观尺度下的有效介质理论(如史密斯-格林-艾伯格法、广义自洽模型),我们不仅介绍了其适用范围,更重点分析了在电磁梯度变化剧烈区域(如拓扑绝缘体边缘或功能梯度材料的界面层)失效的原因,并提出了修正的本构关系。特别地,书中对界面电荷积累与界面应力的耦合机制进行了深入挖掘,这对于理解电致伸缩效应和压电响应的非线性增强至关重要。 二、电磁场与弹性场的耦合: 核心章节聚焦于电磁力学(Electromechanical Coupling)的统一描述。我们采用基于能量原理的变分法,推导了非线性、各向异性非均质材料中的电磁-力学场耦合控制方程。这包括对皮尔斯基效应(Piezoelectricity)、磁致伸缩效应(Magnetostriction)以及更复杂的电热耦合在非均质环境下的理论重构。书中详细对比了传统欧拉-柯西框架与现代变分框架在处理高应变和强场耦合问题上的优劣,并提出了适用于仿真分析的能量守恒型弱形式。 三、本构关系的拓展: 针对功能材料,如智能聚合物、液晶弹性体和纳米复合材料,传统的线性本构关系往往不足以描述其复杂行为。本书引入了基于张量分析的非线性本构关系,涵盖了电场依赖的弹性模量变化、电导率与应变的关系,以及在复杂加载条件下的弛豫效应。通过案例分析,展示了如何根据材料的微观结构(如纤维取向、晶粒尺寸分布)来反演和参数化这些宏观本构参数。 第二部分:分析方法与数值实现 理论的实现离不开先进的计算工具。本书的第二部分提供了处理复杂几何和动态响应的有效数值算法。 一、频域与时域分析技术: 对于电磁波在非均质结构中的传播、散射和吸收问题,我们详细介绍了有限元法(FEM)、边界元法(BEM)以及有限差分时域法(FDTD)在处理非均匀网格和材料界面时的具体实施细节。尤其关注了如何通过域分解技术和自适应网格加密来高效处理材料特性急剧变化的区域,从而避免数值震荡和计算成本的激增。 二、力学响应的计算挑战: 在力学模拟方面,本书重点讨论了接触问题和断裂力学在电磁响应背景下的特殊性。例如,在静电力作用下材料接触面的电荷转移对摩擦学性能的影响,以及在强电场梯度导致的局部高应力下材料失效的预测模型。书中展示了如何将电磁场求解器与结构力学求解器进行双向(Two-Way)耦合,以实现对电磁触发的机械变形的精确反馈控制。 三、逆向设计与优化算法: 面向功能设计,本书引入了拓扑优化(Topology Optimization)和灵敏度分析方法。不同于传统的结构优化,这里的优化目标函数不仅包含机械刚度或电磁传输效率,还耦合了特定的电磁-力学性能指标(如最大可达应变、特定频率下的能量转换效率)。通过实例演示了如何利用梯度下降或遗传算法,在给定的材料体积比约束下,设计出具有最优电磁-力学耦合性能的结构布局。 第三部分:功能设计与前沿应用 本书的最后一部分将理论与工程实践紧密结合,展示了非均质材料电磁力学在解决实际工程问题中的巨大潜力。 一、智能超材料与电磁响应调控: 深入探讨了如何利用精确排布的非均质结构实现对电磁波的奇异控制。这包括电磁隐身材料(Cloaking Devices)的原理设计、超材料吸波体(Metamaterial Absorbers)的带宽扩展,以及可重构(Reconfigurable)器件中通过外部电场或机械形变来改变其等效电磁参数的设计策略。书中特别分析了梯度折射率材料在波束控制中的优势。 二、能源转换与存储器件: 在能源领域,非均质结构是提高转换效率的关键。书中分析了压电能量收集器(Piezoelectric Harvesters)的电磁-力学优化设计,重点在于通过梯度化结构来匹配外部激励的频率特性,实现宽带共振。此外,在固态电池电极的设计中,书中探讨了电荷传输的非均质性(离子电导与电子电导的差异)如何影响器件的倍率性能和循环稳定性。 三、电磁驱动与自适应系统: 聚焦于电磁驱动器和传感器。针对形状记忆聚合物(SMPs)和介电弹性体(DEAs)等智能材料,本书详细阐述了如何通过精确控制材料的梯度电场分布来诱导可控的、多步的机械变形。这为开发高功率密度、高响应速度的软体机器人和自适应光学元件提供了坚实的理论和设计工具。 结语 《非均质材料电磁力学与功能设计》超越了单一学科的视角,为读者提供了一个多物理场耦合研究的综合平台。通过对理论建模、先进计算方法和前沿功能设计的系统梳理,本书致力于培养读者驾驭复杂材料体系、实现突破性功能创新的能力。它不仅是一本工具书,更是一座连接基础科学发现与工程应用实现的桥梁。

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读后感

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用户评价

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这本书的名字《非均质材料电磁力学与功能设计》听起来就蕴含着丰富的知识宝藏。作为一名对材料科学充满好奇的普通读者,我希望能从中获得一些关于材料如何“工作”的直观理解,即使不深入到复杂的数学公式,也能明白其中的核心原理。比如,这本书是否能用生动的例子来解释,为什么有些材料能够吸收雷达波,而有些材料却能反射光线?“非均质性”究竟是如何影响这些特性的?我希望书中能有一些图示,能够清晰地展示材料内部的结构,以及电磁波在其中传播的路径。同时,“功能设计”这个部分,我希望它能告诉我,科学家们是如何“玩转”这些非均质的材料,创造出我们今天所使用的各种高科技产品,比如更快的通信设备,更精准的医疗成像技术,甚至是更节能的能源系统。

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这本书的书名听起来就充满了挑战性,让人好奇它究竟能带来怎样的惊喜。我一直对那些能够解释复杂现象的理论感到着迷,尤其是当它们触及到我们日常生活中那些不为人知的物理原理时。想象一下,能够理解材料的微观结构如何影响其宏观的电磁响应,这本身就是一件令人兴奋的事情。这本书的名字《非均质材料电磁力学与功能设计》,恰恰点出了这个关键点——“非均质性”,这暗示着材料并非简单的均匀体,而是充满了复杂的内部结构,而正是这种复杂性,赋予了材料独特的功能。电磁力学作为基础,又与材料的功能性紧密相连,这种跨领域的结合,无疑会带来许多意想不到的应用前景。我期待书中能够深入浅出地解析这些机制,用严谨的理论支撑,同时又不失科学的趣味性,让我能够从中窥见材料科学的奥秘,甚至能够激发我对于未来新材料开发的灵感。毕竟,理解材料的本质,是创造更美好未来的第一步。

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坦白说,《非均质材料电磁力学与功能设计》的某些章节,初看之下会让人觉得颇为艰深,这或许是这类前沿学术著作的通病。但坚持下去,你会发现背后所蕴含的精妙之处。书中对于材料内部微观结构如何影响宏观电磁性能的论述,非常细腻,例如,书中可能会详细介绍晶体结构、缺陷、相界等非均质性来源,以及它们如何通过散射、吸收、共振等机制,改变材料对电磁波的响应。这种微观到宏观的联系,对于理解诸如超材料、液晶、复合材料等实际材料的电磁特性至关重要。而“功能设计”部分,则像是一本“秘籍”,它不仅提供了理论框架,更可能包含了一些具体的工程设计案例,展示了如何利用非均质性来实现诸如方向性控制、带宽优化、损耗降低等功能。这本书更像是为那些已经具备一定物理学和材料学基础的研究者们量身打造的。

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阅读《非均质材料电磁力学与功能设计》,就像是在探索一个未知的宇宙。书中对“非均质性”的理解,远超出了我对材料的刻板印象。它不再是简单的“均匀”或“不均匀”,而是包含了一系列复杂的物理和化学特性,这些特性又与材料在电磁场中的行为紧密相连。我特别期待书中能够探讨一些前沿的、尚未广泛公开的理论模型,例如,如何利用多尺度建模方法来精确预测非均质材料的电磁响应,或者如何通过机器学习等手段来加速功能材料的设计过程。如果书中能够提供一些计算工具或仿真方法的指导,那就更加锦上添花了。毕竟,理论的验证离不开实际的计算和模拟,而“功能设计”的落脚点,最终还是要回归到具体的应用场景。

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初次翻阅《非均质材料电磁力学与功能设计》,我被其严谨的学术风格所吸引,同时也被其中蕴含的巨大潜力所打动。书中对于“非均质性”的定义和分类,给我留下了深刻的印象,它不仅仅是物理形态上的差异,更是在微观尺度上多种物理因素的相互作用,这种多维度、多尺度的理解,是深入探索材料行为的关键。书中在电磁力学部分的阐述,循序渐进,从基本原理出发,逐步深入到复杂的边界条件和耦合效应,为理解非均质材料的电磁响应打下了坚实的基础。而“功能设计”这一部分,更是将理论与实践紧密结合,它不仅仅是描述现有材料的功能,更是指导我们如何根据需求,主动去设计和优化材料的结构,以达到特定的电磁学性能。这对于那些致力于开发新型传感器、隐身材料、高效能源器件的研究人员来说,无疑是一份宝贵的参考。

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