Materials Structure & Micromechanics of Fracture V pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Sandera, Pavel (EDT)

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:

价格:273

装帧:

isbn号码:9780878494699

丛书系列:

图书标签:

• Fracture Mechanics
• Materials Science
• Micromechanics
• Materials Structure
• Mechanical Behavior
• Failure Analysis
• Composite Materials
• Brittle Fracture
• Toughness
• Stress Intensity Factors

固体断裂力学：从微观到宏观的跨尺度分析 本书简介： 本书深入探讨了固体材料在受到载荷作用时，从微观尺度到宏观尺度上断裂行为的复杂性与多物理场耦合机制。不同于传统断裂力学侧重于宏观应力强度因子或裂纹尖端张量分析，本书将研究重点放在了材料内部微观结构的演化、晶体塑性、相变、以及界面效应如何共同驱动裂纹的萌生、扩展与最终断裂。全书结构严谨，内容详实，旨在为材料科学家、结构工程师以及从事先进材料失效分析的研究人员提供一个全面且深入的理论与实验框架。 第一部分：微观尺度的断裂驱动力 本部分奠定了理解断裂过程的微观基础。我们将首先回顾并深入分析晶体材料的塑性变形机制，重点讨论位错的产生、运动、缠结及其对局部应力场的重构作用。不同于线弹性断裂力学的假设，塑性区的存在是理解延性断裂的先决条件。 随后，我们将详细考察空洞（Voids）与微裂纹（Microcracks）的萌生和聚合。这部分内容涵盖了孔隙成核理论（如Gurson-Tvergaard-Needleman模型及其改进版本），阐述了在均匀或不均匀应力状态下，第二相粒子或晶界如何作为成核点。我们将利用先进的数值模拟技术，如离散元法（DEM）和相场法（Phase-Field Modeling），来定量描述空洞的生长速率与合并过程，特别是当裂纹尖端附近出现高梯度应变场时，这种合并的非线性特征。 此外，疲劳断裂的微观起源也将被深入探讨。这不仅包括低周疲劳中的塑性累积损伤，更侧重于高周疲劳中表面微区（如接触斑点、氧化层缺陷）的微裂纹萌生机制，并引入了先进的晶体塑性有限元（CPFE）方法来模拟晶粒尺度下的应力集中和疲劳滑移带的形成。 第二部分：跨尺度的耦合与界面效应 材料的断裂过程往往是跨尺度的。本部分着重于连接微观损伤演化与宏观断裂韧性的桥梁。 裂纹尖端场的精确描述是本部分的核心。我们超越了传统的不可压缩或小变形假设，引入了大变形理论下的等效塑性应变场。重点分析了裂纹尖端塑性区（CPZ）的几何形状、应力奇异性的恢复机制，以及这些场变量如何影响裂纹尖端的实际前进方向和速度。 界面物理在复合材料、层状结构和焊接接头中的重要性不言而喻。本章详细分析了层间脱粘（Delamination）的能量释放率计算，并将其与界面处的粘附能（Adhesion Energy）相关联。针对纤维增强复合材料，我们采用随机模型来模拟纤维/基体界面的失效概率，并探讨了剪切带的形成如何控制层间扩展。对于陶瓷或金属双相材料，界面的残余应力及其对裂纹偏转路径的影响将被量化。 能量平衡与断裂准则的重新审视： 我们将批判性地评估经典的能量释放率（$G$）和应力强度因子（$K$）的局限性，并引入等效断裂韧性（Effective Fracture Toughness）的概念，该概念需要对裂纹尖端塑性功耗进行空间平均。同时，本书探讨了断裂过程区（R-Curve Behavior）的物理本质，解释了为什么在某些材料中，一旦裂纹扩展，其抵抗进一步扩展的能力会显著增强。 第三部分：非常规断裂模式与先进表征技术 本部分聚焦于复杂环境和特殊材料体系下的断裂行为，并介绍了前沿的实验和计算表征手段。 高温与蠕变断裂： 在高温环境下，扩散机制和时间依赖性塑性（蠕变）成为主导因素。我们详细分析了蠕变空洞的成核与生长动力学（特别是沿晶界的扩散蠕变），并介绍了基于时间-温度等效原理的寿命预测模型。针对高温合金，晶界滑移和氧化层对裂纹扩展的影响将被纳入考虑。 增材制造（AM）材料的断裂挑战： 增材制造的金属和陶瓷部件通常具有显著的各向异性和残留熔池边界。本书专门设立章节讨论未熔合的熔池边界如何成为主要的低韧性区，以及构建方向对疲劳裂纹扩展路径的决定性影响。我们将利用X射线层析成像（X-ray Tomography）技术获取的真实内部结构数据，驱动多尺度模拟。 先进表征技术： 为了验证理论模型，本书强调了实验数据的获取。重点介绍了同步辐射技术（如原位同步辐射X射线衍射）如何实时监测晶粒尺度的应变演化，以及原子力显微镜（AFM）在微纳尺度下对裂纹尖端形貌和局部粘附力的测量应用。 第四部分：计算断裂力学的前沿方法 本书的最后一部分致力于介绍和应用现代计算工具来模拟复杂的断裂现象。 相场法（Phase-Field Method）的深入应用： 我们将详细阐述利用可梯度化泛函来描述材料从完好（Phase $phi=0$）到完全断裂（Phase $phi=1$）的连续转变。重点讨论了如何将塑性演化和热效应耦合到相场方程中，以捕捉延性断裂的耗能过程。 XFEM与Cohesive Zone Model（CZM）的集成： 虽然XFEM（扩展有限元法）可以有效处理裂纹尖端的解耦问题，但它在描述裂纹尖端的塑性损伤时仍有局限。本书探讨了如何将CZM的界面本构关系嵌入到XFEM框架中，以更精确地模拟断裂过程中断裂面张开过程的耗散。 机器学习在损伤预测中的角色： 最后，我们探讨了如何利用深度学习模型（如卷积神经网络，CNN）从高分辨率的微观图像数据中自动识别和量化空洞、微裂纹的密度和分布，从而加速宏观损伤演化模型的参数辨识过程。 本书的结构旨在引导读者从最基本的微观相互作用出发，逐步构建起对复杂工程材料宏观断裂行为的深刻理解，强调跨尺度的物理关联性与先进的计算/实验验证手段。

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