Multiscale Modeling of Heterogenous Materials pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Cazacu, Oana 编

出品人:

页数:343

译者:

出版时间:2008-11

价格:£ 99.95

装帧:

isbn号码:9781848210479

丛书系列:

图书标签:

• Multiscale Modeling
• Heterogeneous Materials
• Computational Materials Science
• Materials Modeling
• Numerical Methods
• Finite Element Method
• Molecular Dynamics
• Continuum Mechanics
• Material Properties
• Simulation

固体力学新进展：界面、损伤与演化 作者： [此处留空，模拟作者信息] 出版社： [此处留空，模拟出版社信息] 出版年份： [此处留空，模拟出版年份] --- 内容简介 本书深入探讨了当代固体力学领域中几个至关重要的前沿课题，聚焦于材料在不同尺度下的力学响应、结构失效机制以及宏观性能的演化规律。本书内容涵盖了从微观晶体结构到宏观工程构件的尺度效应，特别强调了材料内部缺陷、界面接触以及复杂载荷条件下材料行为的精细化描述。本书旨在为材料科学家、结构工程师和力学研究人员提供一个全面且深入的理论框架和计算方法论。 全书结构清晰，逻辑严谨，共分为六个主要部分，循序渐进地引导读者理解复杂材料系统的力学本质。 第一部分：弹性与塑性基础的再审视 (Revisiting Elasticity and Plasticity Fundamentals) 本部分首先回顾了经典连续介质力学的基础假设，并着重分析了这些假设在处理非均匀材料和高应变率条件下的局限性。我们详细讨论了非线性弹性本构关系，特别是如何通过引入几何非线性和材料的内在各向异性来更准确地描述材料在极限载荷下的响应。 在塑性理论方面，本书超越了传统的基于屈服面和流动法则的描述，引入了微观塑性软化机制。重点分析了位错密度演化、晶粒间应力传递以及应变梯度理论在描述材料尺寸效应中的作用。我们详细阐述了如何将多晶体塑性模型与晶界行为相结合，以揭示材料宏观塑性变形的微观根源。此外，还对粘塑性和粘弹性的耦合效应进行了深入探讨，为理解材料在温度和时间依赖载荷下的行为奠定了基础。 第二部分：界面力学与接触行为 (Interface Mechanics and Contact Behavior) 界面是材料系统中最关键的、也是最难建模的区域。本部分集中讨论了结构界面的力学特性，包括粘合界面、层状结构界面以及颗粒间接触面。我们详细介绍了描述界面本构关系的摩擦模型，从经典的库仑摩擦到考虑接触尺度效应的表面能驱动的粘附模型。 书中深入探讨了界面损伤的起始与扩展。引入了基于内聚力模型 (Cohesive Zone Model, CZM) 的方法来模拟界面的裂纹萌生和张开过程，并讨论了如何利用实验数据校准CZMs的牵引-分离曲线。对于复合材料中的基体-增强相界面，我们讨论了界面脱粘和有效传力机制，这对于预测纤维增强复合材料的耐久性和疲劳寿命至关重要。此外，本章还涵盖了粗糙表面接触问题的数值处理，特别是如何有效地在有限元框架下处理移动和变化的接触边界。 第三部分：损伤力学与失效判据 (Damage Mechanics and Failure Criteria) 失效是工程结构面临的根本性挑战。本部分系统地阐述了现代连续介质损伤力学 (Continuum Damage Mechanics, CDM) 的理论框架。我们区分了有效面积概念和等效应变，并探讨了基于能量释放率和应力应变关系演化的损伤演化方程。 书中详细分析了各向异性损伤模型，这对于纤维取向材料和预应力结构尤为重要。我们提出并验证了几种损伤耦合本构模型，这些模型能够同时描述材料的刚度退化和塑性流动。本章的重点还包括疲劳损伤的累积模型，从经典的S-N曲线到基于微裂纹萌生的随机过程模型，探讨了如何在多轴应力状态下预测疲劳寿命。对于脆性材料，我们讨论了静态断裂韧性的量化方法，并将其应用于评估结构中的裂纹扩展风险。 第四部分：材料的微观结构演化 (Microstructural Evolution of Materials) 理解宏观性能必须溯源到微观结构。本部分专注于描述材料在加载过程中，微观结构特征的变化及其对力学响应的反馈。我们探讨了相变驱动的塑性，例如在形状记忆合金中的马氏体相变，以及相变对体积应变和应力重新分布的影响。 书中详细讨论了晶粒细化和动态再结晶对材料硬化曲线的影响，这在金属加工和高能率冲击中是核心问题。对于多相材料，如金属基复合材料或泡沫材料，本章分析了第二相粒子或孔隙的演化：孔隙的成核、生长、连通以及最终导致材料的穿透。我们引入了随机介质理论来描述这些微观缺陷的空间分布，并将其纳入本构模型中进行尺度耦合。 第五部分：多尺度建模方法论 (Multiscale Modeling Methodologies) 处理异质材料需要跨越尺度的分析工具。本部分系统地介绍了当前主流的多尺度建模策略。我们详细比较了向下驱动 (Top-Down) 和向上构建 (Bottom-Up) 的方法论。 重点介绍了尺度均一化技术，特别是均值场近似 (Mean-Field Homogenization, MFH)，如自洽模型 (Self-Consistent Scheme) 和 Mori-Tanaka 方法，用于预测复合材料的有效弹性常数。针对更精细的模拟，本书深入探讨了直接数值模拟 (Direct Numerical Simulation, DNS) 与代表性体积单元 (Representative Volume Element, RVE) 方法的结合。我们阐述了如何利用亚尺度模型来桥接不同尺度之间的信息传递，例如使用分子动力学 (MD) 结果校准连续介质模型中的参数，或利用晶体塑性有限元 (CPFEM) 结果来构建更准确的宏观塑性模型。 第六部分：热-力-耦合响应与结构稳定性 (Thermo-Mechanical Coupling and Structural Stability) 材料的力学行为很少孤立存在，环境因素（特别是温度）起着关键作用。本部分关注热-力学耦合效应，分析了由温度梯度引起的应力分布，以及加载过程中的焦耳热效应对材料失效的影响。 我们讨论了热弹性和热粘塑性的本构关系，特别是如何描述材料在高温下的蠕变和应力松弛行为。此外，本章还扩展到结构稳定性分析。内容包括屈曲分析的非线性形式，以及模式选择和初始缺陷敏感性的评估。对于包含损伤或裂纹的结构，我们讨论了极限载荷和承载力下降的评估方法，特别是针对那些在加载过程中刚度持续降低的非线性系统。 --- 目标读者与价值 本书适合高年级本科生、研究生以及从事材料科学、土木工程、机械工程和航空航天工程等领域的专业研究人员和工程师。它不仅提供了坚实的理论基础，更重要的是，详细介绍了将这些理论转化为可操作的计算模型的关键步骤和挑战。通过本书的学习，读者将能够更准确地预测复杂工程结构在实际服役条件下的可靠性和寿命。 关键词： 固体力学, 损伤力学, 界面接触, 多尺度模拟, 非线性本构关系, 材料失效, 结构稳定性, 塑性演化, 疲劳分析。

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