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出版者:

作者:Capelo-Martínez, José-Luis 编

出品人:

页数:171

译者:

出版时间:2009-2

价格:1698.00 元

装帧:

isbn号码:9783527319343

丛书系列:

图书标签:

• 超声化学
• 化学
• 超声波
• 材料科学
• 物理化学
• 纳米技术
• 催化
• 反应工程
• 分析化学
• 绿色化学

《声学在材料科学与工程中的应用》 概述 在探索新材料、优化现有材料性能以及深入理解物质结构与行为的道路上，科学家和工程师们不断寻求更强大、更精密的分析手段。《声学在材料科学与工程中的应用》一书正是聚焦于这一前沿领域，系统地阐述了声学理论如何被巧妙地转化为强大的工具，以揭示材料的微观结构、宏观特性以及动态变化。本书旨在为材料科学家、化学工程师、物理学家、机械工程师以及相关领域的学生和研究人员提供一个全面而深入的视角，理解并掌握声学技术在材料表征、无损检测、加工制造和性能预测等方面的巨大潜力。 本书内容覆盖了声学在材料科学与工程领域最核心和最具创新性的应用。从基础的声波传播原理出发，逐步深入到复杂的声学现象在材料行为中的体现。全书结构清晰，逻辑严谨，通过理论阐述、实验验证和案例分析相结合的方式，确保读者能够全面掌握相关知识。 第一部分：声学基础与材料相互作用 本部分为后续深入应用奠定坚实的理论基础。 第一章：声波的产生、传播与探测： 详细介绍了声波的基本性质，包括其产生机制（压电效应、热效应等）、在不同介质中的传播规律（速度、衰减、散射、衍射），以及各种声波探测技术（如超声换能器、麦克风、声学传感器等）。特别强调了声波参数（频率、振幅、波长、声压）与材料性质之间的内在联系。 第二章：声波与物质的相互作用： 深入探讨了声波在与材料相互作用时发生的各种现象，包括吸收、反射、透射、散射和共振。这些现象是利用声学进行材料表征的物理基础。例如，声波在不同密度、弹性模量、粘滞性材料中的传播速度差异，以及其衰减机制，都与材料的微观结构和宏观性质息息相关。书中会详细分析不同频率声波与材料分子、晶格、界面以及缺陷之间的相互作用。 第三章：材料的声学特性表征： 重点介绍如何利用声学测量来获取材料的关键参数。这包括利用超声波测量材料的弹性模量（如杨氏模量、剪切模量、体积模量）、泊松比、密度和声阻抗。同时，也会讨论如何通过声波的衰减和散射行为来评估材料的微观结构，如晶粒尺寸、缺陷密度（孔隙、裂纹、夹杂物）以及相变。 第二部分：声学在材料表征与无损检测中的应用 本部分聚焦于声学技术如何作为一种强大的非破坏性工具，用于揭示材料的内在信息。 第四章：超声波成像技术在材料缺陷检测中的应用： 详细介绍了各种超声波成像方法，如A扫描（波形分析）、B扫描（二维成像）和C扫描（平面成像），以及它们在检测材料内部裂纹、气孔、夹杂物、脱层等缺陷方面的原理和优势。书中将包含多种材料（金属、陶瓷、聚合物、复合材料）的典型缺陷成像案例。 第五章：声发射（AE）技术在材料损伤监测中的应用： 探讨了材料在承受应力或发生损伤时产生的瞬态声波信号（声发射）的检测与分析。详细介绍了声发射信号的产生机制（如裂纹萌生与扩展、位错运动、相变等），以及如何通过分析声发射事件的发生频率、能量、波形特征来实时监测材料的损伤进程、评估结构的剩余寿命，尤其在结构健康监测（SHM）领域具有重要意义。 第六章：声学显微成像（SAM）与表面声波（SAW）技术： 介绍了高分辨率的声学显微成像技术，如何提供材料表面和近表面微观结构的成像信息，用于观察晶界、相界、微裂纹等。同时，也阐述了表面声波技术在表征材料表面特性、探测表面缺陷以及作为传感器原理中的应用。 第七章：声波散射与成像技术用于微观结构分析： 深入探讨了利用不同频率和类型的声波散射现象来研究材料的微观结构。例如，利用布里渊散射（Brillouin scattering）研究晶格动力学和声子谱，利用拉曼散射（Raman scattering）分析材料的化学键和分子振动，以及利用光声显微镜（PAM）结合声学原理进行高分辨率成像。 第三部分：声学在材料加工与性能调控中的应用 本部分将视角转向如何利用声学能量来影响和改善材料的加工过程和最终性能。 第八章：超声波辅助材料加工技术： 详细介绍了超声波在多种材料加工过程中的应用，如超声波焊接（塑料、金属）、超声波钎焊、超声波辅助切削与磨削、超声波辅助金属塑性成形。阐述了超声波能量如何降低材料的塑性变形阻力、改善熔融流动、促进界面结合，从而提高加工效率、降低能耗、改善加工质量。 第九章：声学场对材料微观结构与性能的影响： 探讨了声场（特别是高强度声场）对材料微观结构演化和宏观性能调控的作用。例如，超声波在液态金属或熔体中的空化效应，如何促进晶粒细化、改善合金组织均匀性，从而提高材料的力学性能。书中还将讨论声波对材料相变、沉淀析出、扩散过程等的影响。 第十章：声学在新型材料制备与功能化中的应用： 聚焦于声学技术在新兴材料领域的应用。例如，利用声学方法制备纳米材料（如超声波辅助化学合成、超声波驱动的自组装）、声化学反应（Sonochemistry）在合成特殊功能材料中的应用，以及利用声学原理设计和制备声学超材料（Acoustic Metamaterials）等。 第四部分：声学模型与数据分析 本部分强调了理论模型和数据分析在声学应用中的重要性。 第十一章：声波传播的数值模拟与建模： 介绍了用于模拟声波在复杂材料中传播的数值方法，如有限元法（FEM）、有限差分法（FDM）和边界元法（BEM）。通过模型，可以预测声波的传播路径、能量分布，分析声波与材料的相互作用，并指导实验设计。 第十二章：声学数据的处理与反演分析： 重点介绍如何从声学测量数据中提取有用的信息。包括信号处理技术（如傅里叶变换、小波变换）、噪声抑制方法，以及各种反演算法，用于从宏观声学响应推断出材料的微观结构和性质。 结论与展望 本书的最后将对声学在材料科学与工程领域的应用现状进行总结，并展望未来的发展趋势。这可能包括更高频率、更复杂声场的研究，人工智能与声学技术的深度融合，以及声学在量子材料、生物材料等新兴领域的拓展应用。 适用读者 本书适合材料科学、化学工程、物理学、机械工程、无损检测、仪器科学与技术等领域的本科生、研究生、博士后以及从事相关研究和开发的科研人员和工程师阅读。对于希望了解和应用声学技术解决材料问题的人士，本书将提供一份详实、可靠的参考。 通过阅读《声学在材料科学与工程中的应用》，读者将能够深刻理解声波作为一种无损、高效的探测和作用工具，在理解、改进和创造新材料方面扮演着越来越重要的角色。本书不仅提供了丰富的理论知识，更强调了实践应用，旨在启发读者将声学原理与自身的研究和工程挑战相结合，开创材料科学与工程的新篇章。

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