Mechanics of Structured Media (Studies in Applied Mechanics) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Elsevier Science & Technology

作者:A. P. S. Selvadurai

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1981-01-01

价格:USD 280.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780444419828

丛书系列:

图书标签:

• Mechanics
• Structured Media
• Applied Mechanics
• Continuum Mechanics
• Material Science
• Porous Media
• Biomechanics
• Fluid-Solid Interaction
• Deformation
• Modeling

《力学纵横：材料、结构与工程的对话》 引言 在现代工程科学与材料科学的版图上，对结构化介质的深入理解是实现高性能设计、突破技术瓶颈的关键。这些介质，从宏观的建筑结构到微观的生物组织，从先进的复合材料到新兴的智能材料，其内在的结构特征与其整体力学行为之间存在着深刻而复杂的联系。本书《力学纵横：材料、结构与工程的对话》旨在系统地梳理和探讨这一核心主题，为读者提供一个全面而深入的视角，理解结构如何影响材料的性能，以及如何利用这种关系来创造出更具鲁棒性、功能性和可持续性的工程解决方案。 本书并非是对特定理论或单一研究领域的局限性呈现，而是致力于构建一个宏大的理论框架，将不同尺度、不同性质的结构化介质纳入考量。它将引导读者穿越材料科学、固体力学、流体力学、甚至生物力学的边界，探寻结构与性能之间普适的力学规律。我们相信，对结构化介质力学特性的深刻洞察，是未来材料创新和工程设计的驱动力。 第一部分：结构化介质的本源与表征 本部分将从最基础的层面出发，为理解结构化介质的力学行为奠定坚实的基础。我们将首先探讨“结构化”这一概念的广泛含义，以及它如何在不同的材料体系中体现出来。 第一章：何谓结构化介质？ 定义的演化与拓展： 从晶格、纤维增强复合材料到多孔介质、软材料，我们将追溯“结构化”概念在不同学科中的发展历程。理解其核心在于“非均质性”和“有序性”，以及这些特征如何赋予材料独特的力学响应。 结构层级的多样性： 探讨从原子尺度、分子尺度、微观尺度（如晶粒、孔隙、纤维排列）到宏观尺度（如层合结构、整体构型）的结构层次，以及不同层级的结构如何协同作用，共同决定材料的宏观性能。 结构与性能的涌现关系： 介绍为何微观或介观尺度的结构特征能够“涌现”出宏观的、截然不同的力学表现。例如，材料的各向异性、非线性行为、损伤累积模式等，都与其内在结构密切相关。 经典与现代的结构范例： 通过具体的例子，如金属的晶粒结构、聚合物的链构象、陶瓷的微晶结构、复合材料的增强体排列、生物体内的骨骼与肌肉结构等，形象地展示结构化介质的丰富性。 第二章：结构化介质的力学表征方法 微观结构的观测与表征： 介绍扫描电子显微镜 (SEM)、透射电子显微镜 (TEM)、原子力显微镜 (AFM)、X射线衍射 (XRD) 等成像和分析技术，用于揭示材料的微观结构特征，如晶界、位错、孔隙、相分布等。 宏观力学性能的测试： 详细阐述拉伸、压缩、弯曲、剪切、疲劳、蠕变等经典力学试验，以及如何设计试验来捕捉材料在不同载荷和环境下的响应。 无损检测技术在结构分析中的应用： 探讨超声波、声发射、CT扫描等无损检测手段，如何在不破坏材料的情况下评估其内部结构完整性和损伤状态。 多尺度表征的挑战与机遇： 讨论如何整合不同尺度的表征数据，以获得对材料结构-性能关系的全面理解，以及跨尺度的实验技术发展方向。 第二部分：结构化介质的力学行为理论 本部分将深入探讨各种理论工具和模型，用于描述、预测和控制结构化介质在不同载荷作用下的力学响应。 第三章：连续介质力学在结构化介质中的扩展 各向异性材料的力学： 介绍张量分析的基本概念，以及如何用不同阶数的张量描述各向异性材料的应力、应变、弹性常数等。讨论正交各向异性、斜交各向异性等特殊情况。 非均匀材料的力学模型： 探讨如何将宏观均匀性假设放松，引入空间变化的材料属性。介绍经典模型如Rice的渐近分析，以及用于多相材料的平均场理论（如Mori-Tanaka方法、自洽方法）。 界面力学与薄层效应： 重点关注材料内部界面（如晶界、相界、增强体/基体界面）对整体力学性能的影响。介绍表面能、界面应变、界面强度等概念，以及薄层或二维材料的特殊力学行为。 宏观性能与微观结构的关联： 探讨如何通过微观结构参数（如孔隙率、纤维体积分数、晶粒尺寸）来预测宏观力学性能（如屈服强度、断裂韧性、模量）。 第四章：损伤力学与断裂力学在结构化介质中的应用 损伤的微观起源与宏观表现： 讨论材料在载荷作用下，从微观裂纹萌生、扩展到宏观断裂的过程。介绍损伤演化的不同机制，如孔洞成核与聚结、裂纹桥联、基体开裂、纤维断裂等。 连续损伤模型： 介绍基于损伤变量的唯象模型，以及如何将损伤变量与应力、应变状态联系起来。探讨损伤的各向异性损伤模型。 断裂力学基本原理： 介绍线弹性断裂力学中的应力强度因子 (K) 和断裂韧性 (KIC)，以及弹塑性断裂力学中的J积分和CTOD。 裂纹萌生与扩展准则： 探讨在结构化介质中，裂纹萌生和扩展的驱动力，以及如何考虑材料的非均匀性和各向异性对裂纹路径的影响。例如，裂纹在多孔介质中的偏转，在层合材料中的分层。 疲劳寿命预测： 介绍基于损伤累积或裂纹扩展速率的疲劳寿命预测模型，以及如何考虑载荷谱、环境和材料结构对疲劳行为的影响。 第五章：高级力学模型与计算方法 数值模拟技术 (FEM/FVM/DEM)： 详细介绍有限元方法 (FEM) 在分析复杂几何和边界条件下的结构化介质问题中的强大应用。探讨有限体积法 (FVM) 在流固耦合问题中的优势，以及离散元法 (DEM) 在模拟颗粒介质和断裂过程中的独特性。 多尺度模拟方法： 介绍如何将不同尺度的模拟方法耦合起来，以解决跨尺度的力学问题。例如，基于FEM的宏观模型与基于分子动力学 (MD) 或晶格格林函数 (LGF) 的微观模型相结合。 数值均质化技术： 阐述如何通过在代表性体积单元 (RVE) 上进行数值模拟，来获得等效宏观材料属性，从而简化复杂结构的分析。 机器学习与人工智能在材料力学中的应用： 探讨如何利用机器学习模型来加速材料性能预测、识别损伤模式、优化材料设计，以及发现新的结构-性能关系。 第三部分：结构化介质在工程中的挑战与创新 本部分将聚焦于结构化介质在实际工程应用中所面临的挑战，以及如何利用先进的力学理解来推动技术创新。 第六章：结构化介质的失效机制与寿命评估 不同失效模式的分析： 深入分析在不同工程应用中常见的失效模式，如脆性断裂、韧性断裂、疲劳断裂、蠕变断裂、层间脱粘、孔隙聚结、屈曲失稳等。 结构特征对失效模式的影响： 详细阐述诸如微裂纹密度、孔隙分布、纤维取向、界面结合强度等结构参数如何决定材料的失效机制和失效寿命。 寿命预测与可靠性评估： 介绍基于概率论的寿命预测方法，以及如何结合损伤力学和统计学来评估结构在复杂载荷和环境下工作的可靠性。 剩余寿命评估与损伤容限设计： 探讨如何评估已受损结构的剩余使用寿命，以及如何采用损伤容限设计理念来确保结构的安全性。 第七章：结构化介质的性能优化与功能设计 材料设计的力学导向： 强调如何基于对结构-性能关系的深刻理解，进行有目的的材料设计。例如，通过优化纤维排布实现轻质高强，通过引入多孔结构实现吸能减震。 先进复合材料的设计与制造： 探讨如碳纤维复合材料、陶瓷基复合材料、金属基复合材料等在航空航天、汽车、体育用品等领域的应用，以及其结构设计原则。 多功能结构化材料： 介绍具有同时实现多种功能的材料，如压电陶瓷、形状记忆合金、智能聚合物等，以及其内在的结构-功能耦合机制。 仿生学在材料设计中的启示： 借鉴自然界中高效结构化生物材料的设计原理，如骨骼的微观结构、蜘蛛网的力学性能、贝壳的层状结构，来开发新型高性能材料。 第八章：结构化介质在关键工程领域的应用前沿 航空航天结构： 分析轻质高强结构（如蒙皮、梁、桁架）对提高飞行器性能的重要性，以及复合材料、蜂窝结构的应用。 汽车工程： 讨论在汽车轻量化、碰撞安全、 NVH (噪声、振动与声振粗糙度) 控制中，结构化材料（如高强度钢、铝合金、复合材料）的作用。 土木与建筑工程： 探讨高层建筑、桥梁、隧道等大型结构的力学设计，以及新型混凝土、钢结构、复合材料在其中的应用。 生物医学工程： 介绍生物材料（如骨替代材料、组织工程支架、药物输送系统）的结构与力学性能，以及其在人体内的生物相容性和力学适应性。 能源与环境工程： 讨论如风力涡轮机叶片、储能装置、过滤材料等在能源和环境领域中，结构化介质所扮演的角色。 结论 《力学纵横：材料、结构与工程的对话》是一本力求全面而深入的专著，它将引导读者从基础理论到前沿应用，系统地掌握结构化介质的力学精髓。本书通过严谨的科学分析和丰富的工程实例，旨在培养读者运用力学原理解决实际工程问题的能力，推动材料科学与工程技术向着更高效、更智能、更可持续的方向发展。本书相信，对结构与性能之间深层联系的不断探索，是未来工程科学发展的不竭动力。

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