Numerical Simulation of Waves and Fronts in Inhomogeneous Solids pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:World Scientific Publishing Co Pte Ltd

作者:Berezovski, Arkadi

出品人:

页数:223

译者:

出版时间:2008-7

价格:$ 143.51

装帧:

isbn号码:9789812832672

丛书系列:

图书标签:

• 数值模拟
• 波传播
• 冲击波
• 非均匀固体
• 材料力学
• 计算物理
• 有限差分
• 有限元
• 数值方法
• 固体力学

好的，这是一本关于材料科学、固体力学与计算方法的专著的简介，重点关注波的传播与界面动力学，但与您提到的特定书籍内容不重叠。 --- 书籍简介：《非线性界面动力学与多相材料的动态响应》 作者： [此处可填入作者姓名，例如：张伟，李明] 出版社： [此处可填入出版社名称，例如：科学出版社/Springer/Elsevier] 出版年份： [此处可填入年份，例如：2024] 概述 本书系统深入地探讨了在极端载荷条件下，非均匀（Inhomogeneous）和多相（Multiphase）固体材料中波的传播、界面演化与动态响应的复杂物理过程。本书的核心聚焦于如何利用先进的计算力学方法，精确模拟和预测材料在冲击、爆炸、高速撞击或复杂热机械耦合环境下的宏观力学行为，尤其强调了微观结构对宏观动态性能的影响机制。 不同于仅关注线性波动方程的数值求解，本书将重点放在处理强非线性和材料损伤/失效的耦合问题上。我们深入分析了材料界面（如晶界、相界、裂纹尖端）在动态载荷下的演化规律，以及这些界面如何成为能量耗散和结构失效的关键区域。 全书结构清晰，从基础的本构关系出发，逐步过渡到先进的数值建模技术，并辅以大量的案例研究和前沿应用，旨在为固体力学、材料科学、工程力学及计算模拟领域的科研人员、高级工程师和研究生提供一本权威的参考书。 核心内容章节划分与详解 本书共分为八个主要部分，内容涵盖理论基础、先进本构模型、数值方法、以及具体的工程应用。 第一部分：非线性动力学基础与本构理论 本部分首先回顾了经典连续介质力学在处理大变形和高应变率条件下的局限性。重点阐述了有限应变理论中的对数应变率和速度梯度的物理意义，为后续的非线性建模奠定基础。 1.1 运动学基础： 欧拉-拉格朗日描述的转换、变形梯度张量的分解（极分解）及其在描述材料旋转中的应用。 1.2 粘塑性与粘弹性本构关系： 详述了Johnson-Cook (JC)、Voce以及更先进的Rate-Dependent Viscoplasticity (RDVP) 模型。讨论了如何在材料微观结构尺度（如位错运动）的基础上建立这些宏观模型的参数化方法。 1.3 损伤与失效的耦合： 引入了基于能量释放率和应力水平的渐进式损伤模型。特别关注了等效塑性应变与累积损伤因子的耦合机制，用以模拟材料内部的微裂纹萌生和扩展。 第二部分：界面动力学与接触问题 本部分是本书的特色之一，专注于材料内部或材料与外部介质接触界面处的动态行为。 2.1 界面本构模型： 探讨了诸如摩擦系数随速度和温度变化的模型，以及用于描述粘附、剥离和界面滑移的动力学接触本构关系。 2.2 界面能量耗散： 引入了热力学框架下的界面能量平衡方程，分析界面在高速加载下产生的局部热效应（剪切热化）。 2.3 离散裂纹扩展的数值处理： 探讨了如何使用内聚力模型 (Cohesive Zone Model, CZM) 来模拟界面从萌生到完全断裂的完整过程，而不依赖于预定义的裂纹路径。 第三部分：多相材料的动态响应建模 针对复合材料、夹层结构和颗粒增强材料，本部分着重于描述不同材料组分之间的相互作用。 3.1 均质化方法（Homogenization）： 详细介绍了周期性微结构有限元法 (RVE-FEM) 在提取有效动力学性能张量方面的应用，特别是针对具有复杂几何特征的单元体积。 3.2 宏观-微观尺度耦合： 提出了多尺度建模的策略，如何将微观尺度的演化信息（如晶粒塑性）通过特定接口传递给宏观模型，以实现对局部应力集中区域的精确预测。 第四部分：高精度时间积分与空间离散技术 本书深入探讨了用于求解非线性、非定常动力学问题的先进数值技术。 4.1 非线性时间积分方案： 比较了显式（如中心差分法）和隐式（如Newmark-β法、Generalized-$alpha$法）在处理高度非线性和时间步长敏感性问题时的优劣。重点介绍了自适应时间步长控制策略，以确保计算稳定性和精度。 4.2 空间离散方法的选择： 除了标准的有限元法（FEM），本书还探讨了无网格法 (Meshless Methods)，如光滑粒子流体力学 (SPH) 和扩展有限元法 (XFEM) 在处理材料断裂和界面突变问题中的优势和挑战。 4.3 稳定化技术： 针对对流占优问题（如高应变率下的材料流动），详细阐述了人工粘滞化 (Artificial Viscosity) 和空间时间有限元 (STFE) 等稳定化技术。 第五部分：热-力-电磁耦合动力学 现代工程材料往往在复杂场域中服役。本部分研究了热、力、电效应相互耦合下的动态响应。 5.1 热弹性与焦耳效应： 描述了高速变形和塑性耗散产生的热量如何反馈影响材料的力学性能（热软化），特别是对爆炸冲击波的衰减影响。 5.2 压电与铁电材料的动态行为： 研究了在冲击波作用下，材料内部电场和应变场的耦合机制，以及电场对裂纹扩展的调控作用（电致裂纹抑制）。 第六部分：波传播与特征线分析 聚焦于弹性或粘塑性介质中波的传播特性，特别是洛伦兹波、剪切波和拉伸波在非均匀介质中的反射、折射与衰减规律。 6.1 激波与卸载波的相互作用： 通过特征线法分析了在冲击载荷下，材料内部激波在遇到缺陷、界面或边界时如何形成复杂的波系结构。 第七部分：大规模并行计算策略 针对需要极高计算资源的动态模拟，本书介绍了如何有效地利用现代高性能计算（HPC）架构。 7.1 域分解与并行化： 介绍了适用于大规模显式动力学计算的并行策略，例如区域分解法 (Domain Decomposition) 与负载均衡技术。 第八部分：应用案例与展望 本部分通过具体的工程实例，展示了上述理论和方法的实际应用价值。 8.1 侵蚀性穿透模拟： 使用全耦合模型模拟高速弹丸击穿多层装甲板的动态过程，重点分析了射孔区域的材料剥蚀机制。 8.2 冲击波在多孔介质中的传播： 模拟了爆炸冲击波在泡沫金属或多孔陶瓷中的衰减和重塑过程。 --- 读者对象 本书适合从事材料结构强度分析、爆炸力学、计算固体力学、结构动力学，以及先进复合材料设计与制造的高级本科生、研究生、博士后研究人员和工程实践者。对理解材料在极端条件下的复杂动态行为具有浓厚兴趣的读者将从中获益匪浅。本书的深度和广度使其成为该领域内一本重要的参考工具书。

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