Computer Methods And Experimental Measurements For Surface Effects And Contact Mechanics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Computational Mechanics

作者:Hosson, J. T. M. De (EDT)/ Brebbia, C. A./ Nishida, S-I

出品人:

页数:398

译者:

出版时间:

价格:250

装帧:HRD

isbn号码:9781845640224

丛书系列:

图书标签:

• 表面效应
• 接触力学
• 计算方法
• 实验测量
• 材料力学
• 固体力学
• 摩擦学
• 表面工程
• 数值模拟
• 力学性能

《表面科学与接触力学中的计算方法与实验测量》 本书是一部深入探讨表面科学与接触力学领域交叉学科的学术专著，旨在为研究人员、工程师和学生提供一套全面而实用的理论框架与实践指导。全书围绕计算方法和实验测量两大核心支柱展开，清晰地阐述了如何利用先进的计算工具来模拟和预测表面行为，以及如何设计和执行精确的实验来验证和量化这些行为。 第一部分：表面科学的计算方法 本部分专注于表面科学中的各类计算方法，详细介绍了从微观原子尺度到宏观连续介质尺度的多种建模与仿真技术。 第一章：第一性原理计算方法：深入剖析密度泛函理论（DFT）在研究材料表面电子结构、化学吸附、表面能和表面扩散等基本性质中的应用。内容将涵盖实际操作中的技巧，如选择合适的基组、交换关联泛函，以及如何解释和分析计算结果。还将介绍如何使用DFT模拟表面相变、表面缺陷以及不同晶面在催化反应中的活性差异。 第二章：分子动力学模拟：详细讲解分子动力学（MD）方法在模拟纳米尺度表面现象中的优势，包括表面粗糙度演化、纳米颗粒在表面的迁移与聚集、以及表面在力学载荷下的响应。我们将讨论周期性边界条件、温度控制、力场选择（包括经验力场和机器学习力场）的重要性，并举例说明如何利用MD模拟表面润湿性、摩擦以及表面引起的应力松弛。 第三章：蒙特卡洛模拟与粗粒化方法：介绍蒙特卡洛（MC）方法在处理复杂表面退火、成核以及扩散过程中的应用，特别是其在探索高维相空间的能力。同时，将阐述粗粒化（Coarse-Grained, CG）模型如何有效地扩大模拟的尺度和时间，用于研究表面在更长时间尺度上的行为，例如聚合物链在表面的吸附动力学、薄膜的生长过程以及颗粒填充层的形成。 第四章：连续介质模型与有限元分析：聚焦于在宏观和介观尺度上描述表面力学行为的连续介质理论。我们将详细介绍如何建立和求解涉及表面张力、表面弹性、表面粘附力以及表面缺陷对宏观力学性能影响的有限元模型（FEM）。内容将包括如何将表面效应耦合到体材料的力学分析中，例如研究表面涂层的应力分布、微梁的弯曲行为以及界面的力学传递。 第五章：机器学习在表面科学中的应用：探讨机器学习（ML）技术如何加速表面科学研究，包括利用ML预测材料表面性质、优化计算参数、以及从高维实验数据中提取关键信息。我们将介绍几种主流的ML算法，如支持向量机（SVM）、神经网络（NN）和高斯过程（GP），并提供具体案例，展示如何利用ML构建反向设计模型，或者对表面催化活性进行高通量预测。 第二部分：表面效应与接触力学的实验测量 本部分侧重于表面科学与接触力学中的各类实验技术，强调测量精度、数据解释以及理论与实验的有效结合。 第六章：高真空表面分析技术：系统介绍多种用于表征材料表面原子组成、化学态和电子结构的真空技术，包括X射线光电子能谱（XPS）、俄歇电子能谱（AES）、紫外光电子能谱（UPS）和低能电子衍射（LEED）。我们将详细阐述这些技术的原理、测量范围、灵敏度以及它们在研究吸附、腐蚀、外延生长和表面改性中的典型应用。 第七章：扫描探针显微技术：深入讲解扫描隧道显微镜（STM）和原子力显微镜（AFM）在纳米尺度表面形貌、局部电子性质以及表面力学特性测量中的关键作用。内容将涵盖AFM在测量表面粗糙度、摩擦力、粘附力、表面杨氏模量以及纳米压痕测试中的应用，并讨论不同AFM工作模式（如接触模式、非接触模式、轻敲模式）的选择和优化。 第八章：表面力测量技术：着重介绍直接测量微观表面间相互作用力的实验方法，如表面力装置（SFA）和球形盘接触（SPC）技术。我们将详细解释如何利用这些技术测量范德华力、静电力、氢键力、毛细力以及润滑剂膜厚度随距离的变化，并讨论其在研究液体润滑、纳米润滑、生物分子相互作用以及表面自组装中的重要性。 第九章：接触力学中的力学测试方法：涵盖用于量化宏观和微观接触界面力学行为的各种测试技术。内容将包括纳米压痕（Nanoindentation）技术用于测量材料的硬度和弹性模量，球盘摩擦（Ball-on-Disc Tribometry）和往复摩擦（Reciprocating Tribometry）用于评估材料的耐磨性和摩擦系数，以及三点弯曲（Three-point Bending）和四点弯曲（Four-point Bending）实验用于表征薄膜或涂层的力学性能。 第十章：实验数据的分析与模型验证：强调从实验测量中提取可靠信息并将其与计算模拟结果进行对比验证的重要性。本章将讨论数据处理技术，如降噪、曲线拟合、误差分析，以及如何构建有效的模型来解释实验现象。我们将展示如何通过对比实验数据与DFT计算的吸附能，或者AFM测量的表面形貌与MD模拟结果，来评估模型的准确性和可靠性。 第三部分：交叉应用与前沿展望 本部分将前两部分的内容相结合，探讨计算方法与实验测量在解决实际工程问题中的协同作用，并展望该领域的未来发展趋势。 第十一章：表面处理与改性：展示如何利用计算方法指导表面处理工艺（如化学气相沉积、物理气相沉积、离子注入）的设计，以获得特定表面性能，并通过XPS、AES等技术表征处理效果。 第十二章：润滑与摩擦学：结合分子动力学模拟和表面力测量，深入分析润滑剂在分子尺度上的行为，以及表面粗糙度对宏观摩擦性能的影响。 第十三章：生物界面与生物传感器：探讨如何利用AFM测量生物分子与表面的相互作用力，以及通过计算模拟理解生物相容性材料表面的行为，并展望在生物传感器领域的应用。 第十四章：纳米制造与表面工程：展示如何利用先进的测量技术（如STM、AFM）对纳米结构进行精确定位和操纵，以及如何利用计算模拟优化纳米制造过程。 本书的特色在于其严谨的科学深度与面向实践的指导性。它不仅提供了必要的理论基础，更注重实际操作中的细节和技巧，旨在培养读者独立解决复杂表面科学与接触力学问题的能力。通过本书的学习，读者将能够熟练运用先进的计算工具对表面现象进行预测与分析，并能准确地设计和执行实验来验证这些预测，从而在材料科学、机械工程、化学工程、物理学以及生物医学工程等领域取得突破性进展。

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这本书的封面设计简洁大方，我第一眼就被它吸引住了。银灰色的背景搭配着一本深蓝色书脊，上面用烫金的字体印着书名，散发着一种严谨而专业的学术气息。虽然我对书名中“表面效应”和“接触力学”这些术语并不完全理解，但“计算机方法”和“实验测量”这些词汇却立刻勾起了我的兴趣。我一直对如何用科学的方法来探索和理解世界充满好奇，而这本书似乎就是这样一个窗口，能够让我窥探到那些肉眼看不见、但又至关重要的物理现象。我猜想，这本书可能会涉及大量的图表、公式和模型，或许还需要一些编程或者数据分析的知识。我对于能否完全理解其中的奥秘有些许忐忑，但更多的是一种跃跃欲试的冲动。也许，通过阅读这本书，我能对材料的微观世界有更深入的认识，也能理解工程师们是如何通过精密计算和实验来解决实际问题的。这本书给我的第一印象是：它不是一本轻松读物，但绝对是一本能拓展视野、激发思考的力作。我甚至开始想象，如果我能够掌握书中的知识，是否就能更好地理解生活中那些看似平凡的现象，比如摩擦力是如何产生的，或者金属表面为何会随着时间发生变化。这种探索未知的好奇心，是驱使我想要翻开这本书的最大动力。

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作为一名对物理世界充满好奇的普通读者，这本书带给我最大的感受是“原来如此”。很多生活中司空见惯的现象，通过这本书的解读，变得有了科学的解释。例如，我们衣服的防污性能，或是锅具的防粘涂层，这些看似简单的功能，背后都涉及到复杂的表面效应。书中关于表面能、润湿性以及各种表面处理技术的讨论，让我恍然大悟。而“接触力学”的部分，则更是让我开始关注日常生活中那些“接触”的细节。比如，我们行走时鞋底与地面的摩擦，或是车辆轮胎与路面的接触，这些看似简单的互动，却涉及到复杂的力学原理。书中关于接触压力、滑动摩擦以及粘着磨损的讲解，让我对这些现象有了全新的认识。尤其是当书中提到一些计算机模拟的案例时，比如模拟人造关节的磨损，或者模拟硬盘磁头与盘片之间的接触，我能明显感受到这些理论知识是如何被应用到实际的工程设计中，并且直接影响到我们的生活质量。这本书让我觉得，科学并非遥不可及，它就隐藏在生活的方方面面，只是需要我们去发现和理解。

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这本书给我最深刻的印象是它对问题的深入剖析和解决思路的清晰呈现。在面对“表面效应”这个复杂的问题时，作者并没有回避其多维度性，而是从化学、物理、材料科学等多个角度进行了详尽的阐述。书中对于各种表征技术（如XPS、AES、TEM等）的介绍，不仅仅是列举了仪器的名称，更重要的是阐述了它们是如何工作的，以及通过这些手段能够获得什么样的信息，进而如何用于分析表面发生的现象。在“接触力学”的部分，我尤其欣赏作者对于各种模型（如Hertz接触理论、Ascher接触模型等）的详细推导和应用场景的清晰界定。这让我明白，在不同的工况下，需要选择和应用不同的力学模型来准确预测接触行为。更难能可贵的是，书中将计算机模拟方法（如分子动力学模拟、有限元分析）与实验测量紧密结合，形成了一个完整的解决问题的框架。这种“先模拟后验证”或“先测量后解释”的研究模式，是我在其他地方很少见到的。它不仅教会了我解决问题的技术手段，更重要的是培养了我一种严谨的、系统性的科学思维方式，让我能够更好地去理解和分析工程领域中遇到的各种挑战。

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这本书的内容之丰富，着实令人惊叹。我原本以为它会专注于某个单一的领域，但实际阅读下来，发现它像一本百科全书，将“表面效应”和“接触力学”这两个庞大的领域，通过“计算机方法”和“实验测量”这两条主线，串联了起来。在“表面效应”的部分，书中深入浅出地介绍了各种界面现象，比如吸附、催化、腐蚀等等，并详细阐述了这些现象是如何通过计算模拟来预测和理解的。这让我第一次认识到，原来可以通过电脑程序来“看到”原子之间的相互作用，来模拟材料表面的化学反应。而在“接触力学”的部分，则详细讲解了如何利用有限元分析等数值方法，来模拟物体接触时的应力分布、形变以及磨损过程。这对于设计高精度机械零件、预测设备寿命有着至关重要的意义。更让我印象深刻的是，书中并没有仅仅停留在理论层面，而是穿插了大量的实验数据和测量技术，从原子力显微镜到扫描电子显微镜，再到各种应变测量技术，都给予了详尽的介绍。这种理论与实践相结合的方式，使得这本书既具有学术深度，又具备实际指导意义，让我能够从多个角度去理解和掌握相关知识。

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读完这本书，我不得不说，它真的刷新了我对“工程”这个词的理解。以前我总觉得工程就是搭建桥梁、建造楼房，是粗犷而宏大的。但这本书让我意识到，微观世界的精确计算和细致测量同样是工程学不可或缺的一部分。书里对于“表面效应”的探讨，让我开始关注那些我们日常生活中常常忽略的细节，比如不同材质表面的亲疏水性，或者金属在不同环境下的腐蚀机理。我了解到，这些微小的差异，往往能决定一个材料的性能，甚至一个产品的成败。而“接触力学”的部分，则让我开始思考，当两个物体接触时，力是如何传递的，以及接触面的形变会产生怎样的影响。这不仅仅是物理学上的概念，更是实际应用中的关键。书中大量的案例分析，从微观器件的制造到大型机械的磨损，都让我看到了理论知识如何转化为实际的解决方案。尤其是对于实验测量方法的介绍，那些精密的仪器和严谨的实验步骤，让我体会到科学研究的严谨和挑战。这本书让我明白了，真正的工程智慧，往往蕴藏在那些看似不起眼的细节之中，需要我们用科学的方法去挖掘和理解。

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