陶瓷材料断裂力学

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出版者:清华大学出版社
作者:龚江宏
出品人:
页数:282
译者:
出版时间:2001-10-01
价格:60.00元
装帧:精装
isbn号码:9787302048510
丛书系列:
图书标签:
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具体描述

本书主要讨论陶瓷材料的断裂问题,全面介绍适用于陶瓷材料学行为研究的断裂力学基本理论、测试方法以及陶瓷材料中具体的断裂行为。 全书共分6章,前3章重点介绍了与陶瓷材料断裂行为有关的断裂力学理论及测试技术,后3章主要讨论材料的断裂力学行为。内容包括:基本概念、基本理论、断裂韧性测试方法、陶瓷材料的压痕微开裂行为、断裂强度及其统计性质、裂纹缓慢扩展及寿命预测、显微结构对裂纹扩展行为的影响等。

结构与性能的交织:现代材料的本构关系与损伤演化研究 内容提要: 本书聚焦于现代工程领域中,一类关键结构材料——先进复合材料、高熵合金以及新型陶瓷基体材料——在复杂应力状态下的宏观与微观响应机制。全书系统梳理了材料本构关系理论的最新进展,特别是针对强非线性、时效效应以及多场耦合问题的数值模拟方法。重点深入探讨了材料内部微观结构(如晶界、位错、孔隙网络)如何影响其宏观力学性能,并详细阐述了损伤起始、萌生、扩展至最终宏观失效的全过程演化规律。通过整合实验力学、计算建模与先进表征技术,本书旨在为设计人员和研究人员提供一套全面的工具箱,用于精确预测和控制复杂载荷条件下关键结构件的服役可靠性与寿命。 --- 第一章:工程结构材料的分类与服役背景回顾 本章首先对当代工程实践中广泛应用的几大类结构材料进行宏观界定,包括高性能金属合金、纤维增强复合材料(FRCs)和先进功能材料。我们不探讨单一材料体系的内部机制,而是侧重于这些材料在实际工程环境下面临的挑战性载荷场景:高温蠕变、疲劳载荷循环、冲击载荷以及环境腐蚀的联合作用。 1.1 结构材料的性能需求谱系: 讨论对材料强度、韧性、耐热性和抗疲劳性能的定量要求,并引入“性能边界”的概念,即现有材料体系难以同时满足所有极端需求的矛盾。 1.2 多尺度效应在结构设计中的体现: 强调从纳米尺度的原子排列到宏观构件失效的跨尺度关联性。本章侧重于描述这种关联性在整体结构响应中的体现,而非深入研究微观形核机制。例如,描述一个具有明显界面缺陷的层合结构在整体弯曲载荷下的宏观应力集中现象。 1.3 经典材料模型的局限性批判: 对传统的线性弹性理论、小变形假设在描述现代工程问题时的不足进行初步评估。我们关注的是,当材料进入塑性、粘弹性或损伤累积阶段时,如何通过更精细的宏观描述来适应这些非线性变化。 第二章:先进材料的本构关系构建:超越线性粘弹性 本章的核心在于描述材料在应力-应变关系上的复杂行为,重点在于构建和应用描述这些行为的宏观数学模型。讨论的重点是材料的时变响应和路径依赖性。 2.1 粘弹性与粘塑性本构模型: 深入分析时间依赖性对材料性能的影响。详细介绍蠕变本构关系(如Norton定律、Bailey-Norton模型)在描述高温下应变随时间增加时的应用,以及粘塑性模型(如Perzyna模型)如何结合了弹性、粘性与塑性变形的叠加效应。关注这些模型如何通过引入经验参数来拟合宏观实验数据。 2.2 损伤力学框架下的本构演化: 引入宏观损伤变量 $D$,描述材料有效承载面积的退化。本章侧重于损伤变量的引入如何修改应力张量和应变张量之间的关系,即有效应力概念。详细讨论了基于能量释放率或应力三轴度的连续损伤模型(CDM)的宏观形式,及其在有限元分析中的实现。 2.3 路径依赖性与超塑性行为的描述: 探讨材料经历不同加载历史后,其当前力学响应的差异。重点分析了各向异性材料(如轧制板材或铺层复合材料)在不同加载方向上的刚度差异,以及如何通过应力空间中的屈服面演化律来捕捉这些变化。 第三章:结构失效的判据与演化路径的模拟 本章将失效行为视为一个连续的物理过程,而非一个突变的点。重点是建立可用于工程预测的宏观失效判据,并模拟失效界面的扩展。 3.1 宏观失效判据的建立: 详细介绍适用于不同加载模式(拉伸、压缩、剪切)的失效判据。这包括基于应力比的理论判据(如Hill准则、Tsai-Wu准则)在复合材料中的应用,以及在单相材料中基于最大主应力或应变能密度判据的适用性分析。 3.2 裂纹的萌生与扩展模拟: 关注于如何用能量方法来描述裂纹的扩展倾向。详细阐述线性断裂力学(如应力强度因子 $K$ 场的计算)在描述宏观裂纹扩展中的作用。随后,介绍弹塑性断裂力学中的核心概念——J积分,并讨论其在评估材料抵抗裂纹尖端塑性区扩展能力上的优越性。 3.3 疲劳寿命预测模型: 疲劳是结构失效的常见形式。本章系统梳理基于应力寿命法(S-N曲线)和基于应变寿命法($Deltaepsilon$-N曲线)的经验模型,并探讨了Paris定律在描述裂纹扩展速率时的应用。重点在于如何将环境因素(如腐蚀)和载荷谱的影响纳入这些模型中进行修正。 第四章:先进计算力学方法在结构分析中的应用 本章侧重于介绍如何利用数值手段来求解第二章和第三章建立的复杂本构关系和损伤演化方程,特别是针对结构几何的改变和材料非线性的问题。 4.1 有限元法(FEM)的非线性求解策略: 讨论在处理本构模型中的非线性项(如应变硬化、损伤演化)时,平衡方程的迭代求解技术。重点介绍修正牛顿法、弧长法等在追踪载荷-位移曲线上的非线性拐点时的优势与挑战。 4.2 损伤演化与网格依赖性问题: 探讨在应用连续损伤模型时,如何通过引入梯度项(梯度损伤模型)来消除有限元网格尺寸对计算结果(如等效裂纹宽度)的影响,从而获得网格无关的解。 4.3 寿命预测的概率与可靠性分析: 鉴于材料性能的内在随机性,本章介绍如何将确定性的力学模型与概率方法(如蒙特卡洛模拟)相结合,评估结构在给定服役期限内的失效概率,从而实现更保守或更经济的结构设计。 第五章:实验验证与先进表征技术在失效研究中的结合 本章强调理论模型与实际观测结果的对照与校准。成功的模型必须能够准确反映真实材料在载荷下的行为。 5.1 结构材料的加载与测量技术: 介绍用于获取本构数据和失效参数的关键实验技术,包括大吨位试验机、温控加载系统,以及应变测量技术,如数字图像相关(DIC)技术在全场应变测量中的应用,用于可视化局部应力集中和损伤区域的扩展。 5.2 损伤演化过程的实时观测: 探讨利用声发射(AE)技术追踪材料内部微裂纹萌生和扩展事件的定位与能量分析,以及利用同步辐射X射线成像技术对材料内部孔隙和微观损伤的非侵入式三维重建,用以验证模型中关于孔隙率增加的假设。 5.3 模型参数的辨识与校准: 详细说明如何通过逆向工程的方法,利用实验测得的宏观载荷-位移曲线或裂纹扩展阻力曲线,反向确定和优化本构模型(如粘滞系数、损伤演化系数)中的关键材料参数。 总结: 本书提供了一个跨越材料科学、固体力学和计算工程的综合框架,用于理解和预测复杂结构材料在严苛服役条件下的力学响应。其核心在于通过精细的宏观本构关系来描述材料内部的非线性演化过程,并辅以先进的数值方法和实验技术进行验证和校准,最终目标是提升关键工程结构的预测精度和使用寿命。

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这本书的书名《陶瓷材料断裂力学》让我充满了探索的欲望。陶瓷材料以其独特的物理化学性质,在电子、光学、航空航天等诸多领域展现出巨大的应用潜力。然而,与金属材料相比,陶瓷材料通常表现出较低的断裂韧性和明显的脆性,这极大地限制了其在承载结构中的应用。断裂力学作为研究材料损伤和失效的科学,对于理解和提高陶瓷材料的可靠性至关重要。我希望这本书能够详细阐述陶瓷材料断裂的机理,包括裂纹的萌生、扩展以及断裂过程中的能量耗散机制。特别吸引我的是,我想了解在微观层面,晶粒边界、第二相粒子、微孔隙等结构特征是如何影响陶瓷材料的断裂韧性和强度的。书中如果能介绍一些先进的断裂测试技术,例如光学显微镜、扫描电镜在裂纹形貌观察中的应用,或者压痕法在断裂韧性表征中的应用,那将非常有裨益。这本书的书名,预示着它将是一次关于陶瓷材料力学性能深层奥秘的探险,我迫不及待地想翻开它。

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《陶瓷材料断裂力学》这个书名,立刻勾起了我对陶瓷材料在极端条件下的性能的强烈好奇。陶瓷材料因其耐高温、耐腐蚀、高硬度等特性,在航空发动机、核工业、生物医学等领域有着不可替代的地位。然而,陶瓷材料普遍存在的脆性,使得它们在受到应力或存在缺陷时容易发生突然的、灾难性的断裂,这始终是制约其广泛应用的一大难题。断裂力学作为研究材料如何抵抗裂纹扩展、最终发生失效的科学,对于解决这一问题至关重要。我希望这本书能够深入剖析陶瓷材料断裂的根本原因,例如材料内部微观结构的缺陷是如何影响其断裂行为的,以及外部载荷条件如何诱导裂纹的产生和发展。我特别想了解,是否可以通过改变陶瓷材料的微观结构,例如引入韧性增强相,或者优化晶粒尺寸分布,来提高其断裂韧性。如果书中还能包含一些关于陶瓷材料断裂寿命预测的理论和方法,那将对我非常有价值。这本书的书名,为我提供了一个切入点,让我能够更深入地理解陶瓷材料的力学行为,并为实际工程应用提供科学指导。

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这本书的书名叫做《陶瓷材料断裂力学》,仅仅是这个名字就足以勾起我浓厚的兴趣,因为陶瓷材料在现代工业中扮演着越来越重要的角色,从航空航天到医疗器械,再到日常生活中的陶瓷制品,它的应用领域可谓是无处不在。而“断裂力学”这个词,更是直接指向了材料科学中最核心、最复杂的问题之一——材料在应力作用下的失效行为。我一直对材料如何承受载荷、如何产生裂纹,以及最终如何发生破坏这一过程感到好奇,尤其是在陶瓷这种脆性材料上,断裂行为往往更加复杂和难以预测。想象一下,当我们在设计一件陶瓷结构件时,如何确保它在承受巨大压力或冲击时不会瞬间崩裂?这背后就需要对陶瓷材料的断裂韧性、裂纹扩展规律有深入的理解。这本书的书名恰恰点明了这个关键领域,让我充满了期待,希望能够在这本书中找到答案,更深入地了解陶瓷材料在极端条件下的性能表现,以及如何通过科学的方法来预测和控制它们的断裂行为。我特别想知道,与金属材料相比,陶瓷材料的断裂力学特性有哪些独特性,它们是如何受到微观结构、晶界、孔隙等因素的影响的。对于那些追求高性能、高可靠性的工程应用而言,掌握这些知识无疑是至关重要的。这本书的书名,就像一道门,吸引着我进入陶瓷材料的深层世界,去探索那些隐藏在断裂背后的科学奥秘。

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这本书的标题《陶瓷材料断裂力学》让我联想到了一系列令人振奋的应用场景,比如在高温环境下工作的航空发动机叶片,以及需要承受巨大压力的医疗植入物。陶瓷材料因其优异的高温性能、耐腐蚀性和硬度,在这些领域具有不可替代的优势。然而,陶瓷材料普遍存在的脆性,使得它们在承受动态载荷或存在缺陷时容易发生突然断裂,这成为了限制其广泛应用的一个重要瓶颈。因此,断裂力学作为研究材料如何抵抗裂纹扩展的学科,对于解决这一问题至关重要。我希望这本书能够详细阐述陶瓷材料断裂的机制,比如裂纹的萌生、扩展以及断裂韧性的表征方法。特别是,我对于如何通过材料设计或工艺优化来提高陶瓷材料的断裂韧性非常感兴趣。例如,是否可以通过引入增韧相,或者控制晶粒尺寸和形貌来改善其抗断裂性能?这本书的书名暗示了它将深入探讨这些实际工程问题,并提供科学的解决方案。我也期待书中能够包含一些实际案例分析,展示断裂力学在解决陶瓷材料工程应用中的实际问题,这将有助于我更好地理解理论知识的实践意义。

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《陶瓷材料断裂力学》这个书名,让我立刻联想到那些在严酷环境中工作的先进材料,比如核反应堆中的陶瓷构件,或者高速列车上的陶瓷刹车片。这些应用对材料的可靠性提出了极高的要求,而陶瓷材料的脆性往往是制约其性能的关键因素。断裂力学,顾名思义,正是研究材料如何在外力作用下产生裂纹并最终断裂的学科。我希望这本书能够深入浅出地解释陶瓷材料特有的断裂行为,包括它们的断裂韧性、应变速率敏感性以及在不同加载条件下的断裂模式。我很想了解,相比于金属材料,陶瓷材料在断裂过程中是否存在一些独特的现象,例如多裂纹扩展、准脆性断裂等,以及这些现象背后的微观机制。这本书的标题,预示着它将为我们打开一扇了解陶瓷材料如何“失效”的窗口,并可能提供如何“避免”失效的思路。如果书中能包含一些关于陶瓷材料损伤容限设计、断裂寿命预测的章节,那对我来说将是极大的价值。

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《陶瓷材料断裂力学》这个书名,让我立刻联想到那些在极端环境下工作的陶瓷部件,比如航天器的隔热瓦,或者高性能切削刀具。这些应用对材料的可靠性要求极高,而陶瓷材料的脆性,特别是其断裂行为,一直是工程师们关注的焦点。断裂力学,作为研究材料如何抵抗裂纹扩展的科学,对于理解和提高陶瓷材料的性能至关重要。我非常期待在这本书中,能够深入了解陶瓷材料断裂的微观机制,比如裂纹在晶界、颗粒界面以及孔隙附近的传播规律。同时,我也想知道,在不同的陶瓷材料体系中,如氧化物、碳化物、氮化物等,它们的断裂力学特性是否存在显著差异,以及这些差异是由哪些因素决定的。书中如果能提供一些关于陶瓷材料断裂韧性测试的规范和方法,以及如何根据断裂力学原理来优化陶瓷材料的设计和制备工艺,那对我而言将具有非常重要的实践意义。这本书的书名,为我指明了一个深入探索陶瓷材料力学本质的方向,我期待它能解答我关于陶瓷材料可靠性方面的诸多疑问。

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这本书的书名《陶瓷材料断裂力学》让我看到了解决陶瓷材料应用难题的希望。陶瓷材料在高温、高压、腐蚀性环境下的优异表现,使得它们在航空航天、能源、电子等领域有着不可替代的作用。然而,陶瓷材料普遍存在的脆性,以及在服役过程中可能出现的微观裂纹,是导致其失效的重要原因。断裂力学,作为研究材料在裂纹存在时如何承受载荷的学科,对于理解和预测陶瓷材料的可靠性至关重要。我非常期待在这本书中找到关于陶瓷材料断裂机理的深入探讨,例如裂纹是如何在陶瓷内部萌生和扩展的,以及应力集中在缺陷处会产生怎样的影响。我也对如何表征和提高陶瓷材料的断裂韧性非常感兴趣。书中是否会介绍一些先进的断裂测试方法,例如使用加载杆和光学显微镜观察裂纹扩展过程,或者利用无损检测技术来监测材料内部的损伤情况?我希望这本书能为我提供关于陶瓷材料在各种复杂应力状态下的断裂行为的全面认识,并为设计更可靠的陶瓷构件提供理论支持。

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《陶瓷材料断裂力学》这个书名,让我马上想到了那些在极端工况下工作的陶瓷部件,比如核聚变装置中的陶瓷内衬,或者深海探测器上的陶瓷外壳。这些应用场景对材料的可靠性和安全性有着近乎苛刻的要求,而陶瓷材料的脆性正是其应用的主要挑战之一。断裂力学,正是研究材料如何抵抗裂纹扩展,以及在何种条件下会发生失稳断裂的学科。我非常想知道,这本书将如何深入剖析陶瓷材料在各种复杂应力状态下的断裂行为。例如,在动态冲击载荷下,陶瓷材料的断裂韧性是否会发生变化?在高温环境下,材料的断裂机制是否会与常温下有所不同?书中如果能提供一些关于陶瓷材料断裂过程的模拟分析方法,比如有限元分析在裂纹扩展预测中的应用,或者基于损伤力学的模型,那将非常有价值。我期待这本书能够填补我在陶瓷材料断裂力学方面的知识空白,让我能够更深入地理解陶瓷材料的局限性,并找到克服这些局限的方法,从而推动陶瓷材料在更多尖端科技领域的应用。

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这本书的书名《陶瓷材料断裂力学》立即吸引了我。我一直在关注陶瓷材料在高端技术领域的应用,比如在航空航天领域,陶瓷基复合材料因其轻质高强、耐高温等优点,正在逐步取代金属材料。然而,陶瓷材料固有的脆性使得其断裂行为成为一个重要的研究课题。断裂力学正是解决这一问题的关键学科。我期待这本书能详细阐述陶瓷材料断裂的内在机理,例如裂纹如何从材料内部或表面的一些微观缺陷处萌生,以及这些裂纹是如何在应力作用下进行扩展,最终导致材料的整体破坏。书中如果能介绍一些用于表征陶瓷材料断裂性能的测试方法,比如三点弯曲法、紧凑拉伸试样法等,以及如何计算和理解断裂韧度值(KIC),那将非常有帮助。我特别希望了解,在不同的陶瓷体系(如氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷等)中,断裂力学特性是否存在显著差异,以及这些差异是由哪些微观结构因素决定的。这本书的书名,暗示着它将带领我们深入探索陶瓷材料在力学行为方面的奥秘,并提供解决实际工程问题的科学依据。

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从这本书的名字《陶瓷材料断裂力学》来看,我预感这将是一本非常有深度的专业书籍。陶瓷材料,特别是高性能陶瓷,它们在极端环境下的表现往往超乎想象,但同时其脆性也带来了巨大的挑战。断裂力学作为一个研究材料失效机制的重要分支,在理解和预测陶瓷材料的可靠性方面扮演着核心角色。我一直在思考,为什么一些看似微小的缺陷,在陶瓷材料中却可能引发灾难性的断裂?这本书的书名,直接切中了这一核心疑问。我期待它能为我揭示陶瓷材料断裂的微观根源,比如晶界的影响、孔隙率的作用,以及应力集中在缺陷处如何导致裂纹的萌生和扩展。同时,我也对书中可能介绍的断裂力学模型和分析方法感到好奇,例如应力强度因子、裂纹扩展的判据等,这些工具将如何应用于陶瓷材料的性能评估和失效分析。如果书中还能包含一些先进的实验技术,例如无损检测技术在断裂监测中的应用,或者数值模拟方法在预测断裂行为中的作用,那就更完美了。这本书的标题,就像是一把钥匙,将引领我探索陶瓷材料深层次的力学行为。

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