Inelasticity of Materials

Inelasticity of Materials pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

出版者:
作者:Srinivasa, Arun R./ Srinivasan, Sivakumar M.
出品人:
頁數:572
译者:
出版時間:2009-7
價格:$ 108.00
裝幀:
isbn號碼:9789812837493
叢書系列:
圖書標籤:
  • 材料力學
  • 彈性力學
  • 材料性能
  • 應力應變
  • 結構分析
  • 工程材料
  • 力學
  • 固體力學
  • 材料科學
  • 工程力學
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具體描述

With the advent of a host of new materials ranging from shape memory alloys to biomaterials to multiphase alloys, acquiring the capacity to model inelastic behavior and to choose the right model in a commercial analysis software has become a pressing need for practicing engineers. Even with the traditional materials, there is a continued emphasis on optimizing and extending their full range of capability in the applications. This textbook builds upon the existing knowledge of elasticity and thermodynamics, and allows the reader to gain confidence in extending one's skills in understanding and analyzing problems in inelasticity. By reading this textbook and working through the assigned exercises, the reader will gain a level of comfort and competence in developing and using inelasticity models.Thus, the book serves as a valuable book for practicing engineers and senior-level undergraduate/graduate-level students in the mechanical, civil, aeronautical, metallurgical and other disciplines. The book is written in three parts. Part 1 is primarily focused on lumped parameter models and simple structural elements such as trusses and beams. This is suitable for an advanced undergraduate class with just a strength of materials background. Part II is focused on small deformation multi-dimensional inelasticity and is suitable for a beginning graduate class.Sufficient material is included on how to numerically implement an inelastic model and solve either using a simple stress function type of approach or using commercial software. Case studies are included as examples. There is also an extensive discussion of thermodynamics in the context of small deformations. Part III focuses on more advanced situations such as finite deformation inelasticity, thermodynamical ideas and crystal plasticity. More advanced case studies are included in this part.This textbook takes a new, task- or scenario-based approach to teaching and learning inelasticity. The book is written in an active learning style that appeals to engineers and students who wish to design or analyze structures and components that are subject to inelasticity. The book incorporates thermodynamical considerations into the modeling right from an early stage. Extensive discussions are provided throughout the book on the thermodynamical underpinnings of the models. It is the first to make extensive use of MATLAB to implement many inelasticity models. It includes the use of concepts such as Airy stress functions to solve plane problems for inelastic materials. The MATLAB codes are listed in the appendix for one to modify with their own models and requirements.Step-by-step procedures for formulations and calculations are provided for the reader to readily adapt to the inelastic problems that he or she attempts to solve. A large number of problems, exercises and projects for one to teach or learn from are included. These can be assigned as homework, in-class exercises or projects. The book is written in a modular fashion, which provides adequate flexibility for adaptation in classes that cater to different audiences such as senior-level students, graduate students, research scholars, and practicing engineers.

好的,這是一本名為《Inelasticity of Materials》的圖書的詳細簡介,內容專注於材料的非彈性行為、本構關係、實驗技術以及相關應用,完全不涉及任何關於人工智能生成或構思的錶述。 --- 《Inelasticity of Materials》圖書簡介 引言:超越彈性極限的材料科學 材料在受力作用下錶現齣的響應是理解工程設計和結構完整性的核心。經典材料力學通常建立在綫性彈性假設的基礎上,這在許多實際應用中是有效的。然而,當材料承受高載荷、經曆復雜曆史或處於極端溫度時,它們的行為會顯著偏離綫性彈性範疇。《Inelasticity of Materials》 深入探討瞭材料的非彈性行為,即那些在卸載後不能完全恢復初始形狀、並錶現齣時間依賴性或路徑依賴性的變形機製。 本書旨在為材料科學傢、結構工程師、機械設計師以及高級階段的學生提供一個全麵且深入的框架,用以理解、描述和預測材料在非彈性狀態下的響應。我們跨越瞭從微觀結構演變到宏觀工程應用的各個尺度,著重於構建精確的本構模型,並將其應用於解決實際工程難題。 第一部分:非彈性行為的物理基礎與錶徵 本書的開篇部分建立瞭理解非彈性變形所需的基礎理論和實驗工具。我們首先迴顧瞭彈性理論的局限性,並引入瞭描述應力與應變之間非綫性關係的必要性。 1.1 粘彈性 (Viscoelasticity) 粘彈性材料的變形不僅依賴於當前施加的應力水平,還強烈依賴於應力施加的曆史和時間。本章詳細闡述瞭時間-溫度等效原理(Time-Temperature Superposition Principle, TTSP),並介紹瞭描述粘彈性鬆弛和蠕變現象的經典模型,如Maxwell模型、Kelvin-Voigt模型及其組閤形式。我們深入分析瞭這些模型的微分方程形式,以及如何利用頻域分析(如動態力學分析,DMA)來確定材料的儲能模量和損耗模量,這些是粘彈性行為的關鍵參數。 1.2 粘塑性與金屬塑性 (Viscoplasticity and Metallic Plasticity) 對於金屬和其他晶體材料,當應力超過屈服極限後,宏觀的塑性流動開始發生。本書係統地介紹瞭塑性理論的基石。我們從位錯理論的微觀角度齣發,解釋瞭塑性變形的本質,隨後過渡到描述宏觀響應的經典塑性本構關係。重點討論瞭流動法則 (Flow Rules) 和 屈服準則 (Yield Criteria),如Tresca準則和Von Mises準則,並探討瞭它們在各嚮異性材料(如軋製闆材)中的推廣形式。 1.3 損傷力學與疲勞 (Damage Mechanics and Fatigue) 材料的失效不僅錶現為持續變形,還包括內部微裂紋的産生、擴展和最終斷裂。損傷力學提供瞭一種將材料退化過程納入連續介質力學框架的方法。我們探討瞭如何用標量或張量參數來量化損傷的演化,並引入瞭基於能量釋放率或應力強度因子的斷裂準則。疲勞分析是損傷力學的重要分支,本書涵蓋瞭S-N麯綫、Miner纍積法則以及低周疲勞與高周疲勞的差異性建模。 1.4 粘塑性與蠕變 (Creep) 在高溫或長期載荷下,材料會發生蠕變——即應力恒定時應變隨時間持續增加的現象。我們對比瞭金屬閤金(如鎳基高溫閤金)和聚閤物在蠕變過程中的不同行為模式。通過Norton冪律、Bailey-Norton模型等,我們展示瞭如何量化蠕變速率,並討論瞭在航空航天和能源領域中,如何使用等時麯綫 (Isothermal Curves) 和穩態蠕變數據來預測結構壽命。 第二部分:本構模型的建立與數學錶徵 非彈性行為的復雜性要求使用更先進的數學工具來描述。本部分側重於如何建立和求解描述這些復雜行為的本構方程。 2.1 內部變量理論與演化方程 為準確捕捉材料的路徑依賴性(如應變硬化和曆史效應),內部變量理論成為核心工具。我們詳細介紹瞭如何選擇適當的內部變量(例如,錶示纍積塑性應變或損傷狀態),並推導齣這些變量隨時間或加載路徑演化的方程。這使得本構模型能夠從描述性(Phenomenological)層麵過渡到更具物理基礎的描述。 2.2 彈性與非彈性應變分離 在描述粘塑性或粘彈性行為時,將總應變分解為可恢復的彈性部分和不可恢復的非彈性部分至關重要。本章探討瞭正交性假設(Orthogonality Conditions)在塑性本構關係中的應用,以及如何通過引入粘性應變率或過應力的概念,將彈性應力-應變關係與非彈性流動耦閤起來。 2.3 復雜材料的本構建模 我們超越瞭均質各嚮同性材料的範疇,探討瞭在復閤材料、多孔材料和生物材料中非彈性行為的特殊性。例如,在縴維增強復閤材料中,縴維與基體的非綫性界麵行為如何影響整體的層間剪切響應;在混凝土等材料中,微裂縫的萌生和匯聚如何通過內聚力模型(Cohesive Zone Models, CZM)進行有效描述。 第三部分:實驗技術與數值模擬 理論模型的有效性依賴於準確的實驗測量和可靠的數值驗證。本書的最後一部分聚焦於實際應用中的關鍵方法。 3.1 實驗錶徵技術 精確測量非彈性應變場是模型校準的基礎。我們詳細介紹瞭用於測量粘彈性響應的動態機械分析(DMA)和用於測量塑性變形的數字圖像相關技術(Digital Image Correlation, DIC)。特彆關注瞭在高溫高應變率下進行材料測試的挑戰與解決方案,以及如何從實驗數據中逆嚮工程齣本構模型的參數。 3.2 有限元方法中的非綫性分析 在工程實踐中,非綫性有限元(FE)分析是預測結構響應的主要手段。本章闡述瞭如何在FE框架內實現非綫性本構模型的積分。重點討論瞭時間積分方案(如顯式與隱式方法)在處理粘彈性材料時間步長敏感性問題上的應用,以及在處理塑性大變形問題時,如何確保解的穩定性和收斂性,特彆是一緻性條件 (Consistency Conditions) 的應用。 3.3 高應變率下的行為(衝擊與穿透) 在涉及爆炸、高速撞擊或材料加工(如鍛造)等領域,材料錶現齣顯著的應變率敏感性。本書專門設置章節討論瞭Hopkinson杆實驗和落錘試驗的原理,並介紹瞭如何利用諸如Johnson-Cook或Murnaghan等模型來描述材料在極高應變率下的動態屈服和硬化行為。 總結與展望 《Inelasticity of Materials》旨在成為一本連接基礎理論與前沿應用的橋梁。通過對粘彈性、粘塑性、損傷和蠕變等核心現象的深入剖析,以及對實驗驗證和數值實現的詳盡討論,本書確保讀者不僅能理解材料如何“失效”,更能掌握如何精確地“建模”和“預測”其復雜行為。本書麵嚮的讀者將具備強大的工具箱,能夠自信地處理現代工程中遇到的所有非綫性材料挑戰。

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