A Course on Damage Mechanics pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Lemaitre, Jean

出品人:

页数:228

译者:

出版时间:

价格:$ 117.52

装帧:Pap

isbn号码:9783540609803

丛书系列:

图书标签:

Damage Mechanics
Fracture Mechanics
Material Failure
Solid Mechanics
Continuum Mechanics
Engineering Mechanics
Structural Integrity
Mechanical Behavior
Materials Science
Biomechanics

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具体描述

This well-established textbook teaches macroscopic modeling for design, processing, testing, and control of mechanical components in engineering. The first chapter deals with the phenomenology of damage; the second couples damage to strains and covers the three-dimensional situation; the third is devoted to kinetic laws of damage evolution used by the author to unify many models; the fourth gives several methods for predicting crack initiation. Detailed calculations and many exercises help students to apply the powerful techniques to practical problems in engineering. This second, corrected and enlarged edition also includes the damage of interfaces and statistical damage analysis with microdefects.

结构工程中的材料失效与演化：一本探讨宏观力学与微观损伤的著作本书名：《结构工程中的材料失效与演化：一本探讨宏观力学与微观损伤的著作》导言：挑战传统线性弹性理论的边界本书旨在深入剖析现代工程结构在实际服役条件下所面临的复杂力学行为，尤其关注材料在非线性应力状态下，从初始损伤累积到最终宏观失效的全过程。我们超越了传统线性弹性断裂力学的范畴，着重于阐述材料内部微观结构变化如何驱动宏观力学性能的演变。结构的安全性和耐久性越来越依赖于对材料在复杂载荷路径下的损伤容限的精确评估，而这要求我们建立更精细、更具物理意义的本构模型。本书的叙事线索围绕着“损伤”这一核心概念展开，但不同于将损伤视为突变事件，我们将其视为一个连续演化的过程，一个与材料微观结构退化紧密耦合的动态系统。第一部分：损伤的本构描述与热力学基础第一章：连续介质损伤力学的热力学框架本章系统地回顾了描述材料内部损伤演化的热力学基础。我们从能量平衡和熵增原理出发，构建了损伤变量（Damage Variable）的引入逻辑。不同于仅关注裂纹尖端的传统方法，我们采用更具普适性的连续介质损伤模型（Continuum Damage Mechanics, CDM），探讨如何将无序的微裂纹、孔隙和基体/界面脱粘等微观缺陷，转化为描述材料有效刚度的标量或张量场。详细分析了损伤演化的驱动力——例如应变能释放率或特定的热力学势——并讨论了引入不可逆性（Hysteresis）和历史依赖性的必要性，这对于模拟疲劳和蠕变过程至关重要。我们还将重点介绍基于能量耗散的损伤演化速率方程，确保模型满足热力学第二定律的约束。第二章：损伤的本构关系与变量选择本章深入探讨了不同类型材料（如混凝土、岩石、金属基复合材料）的损伤表征。我们对比了纯量损伤模型（如Mazars模型）和张量损伤模型（如Kachanov、Lemaitre框架的扩展）。对于各向异性材料，张量损伤变量能够更精确地捕捉特定方向上的刚度退化。我们将详细推导引入张量损伤变量后，材料的有效弹性刚度张量如何随损伤演化，并讨论如何将外部载荷（如拉伸、剪切或混合模式）与内部损伤变量的演化路径联系起来。此外，本章还将涉及如何从实验数据中辨识和校准这些复杂的本构参数。第二部分：特定材料体系中的损伤机制第三章：纤维增强复合材料的界面损伤与宏观响应对于先进复合材料，失效往往始于纤维与基体之间的界面脱粘。本章将聚焦于如何通过细观力学分析来理解界面损伤的萌生和扩展。我们将引入界面本构模型（Interface Constitutive Models），例如基于内聚力模型（Cohesive Zone Models, CZM），来描述界面在拉伸和剪切作用下的非线性分离行为。接着，我们将探讨如何将这些细观尺度的界面行为，通过平均场方法（Mean-Field Homogenization）提升到宏观连续介质损伤模型中。重点分析了冲击载荷和循环载荷下，基体裂纹扩展与界面脱粘的竞争关系，及其对结构剩余承载力的影响。第四章：多孔介质与岩土材料的损伤演化岩石、土壤和混凝土等材料的显著特征是其内在的多孔结构。本章将专门处理孔隙结构变化对力学性能的决定性影响。我们将考察孔隙的成核、连接和扩展如何导致材料的体积膨胀（Dilatancy）和应力软化（Softening）。内容将涵盖考虑应力路径依赖性的损伤模型，例如在三轴压缩条件下，材料如何从弹性阶段过渡到峰值强度，再到残余强度阶段。我们将引入一种结合了等效孔隙率和有效应力概念的损伤力学框架，以准确预测材料在深层地下工程或高坝结构中的长期稳定性。第三部分：损伤的动态行为与先进数值实现第五章：疲劳损伤的累积与寿命预测疲劳是结构失效的最主要原因之一。本章不再使用传统的S-N曲线方法，而是采用基于损伤力学的、过程性的疲劳模型。我们将探讨如何将循环加载过程分解为一系列微小的损伤增量步骤，并利用能量耗散率或应变能释放率的循环变化来驱动损伤变量的演化。本章将特别关注高周疲劳和低周疲劳之间的衔接问题，并介绍如何将热效应（如疲劳过程中的局部发热）纳入损伤模型中，以建立更真实的疲劳寿命预测框架，特别是针对应力集中区域。第六章：损伤的非局部效应与数值实现挑战标准的局部损伤模型在模拟裂纹形成和应力软化时，容易在有限元网格上产生数值奇点，导致结果依赖于网格尺寸。本章的核心在于解决“非局部性”问题。我们将详细介绍非局部损伤模型（Non-local Damage Models），包括空间平均技术和梯度损伤模型（Gradient Damage Models）。这些模型通过引入一个特征长度尺度，保证了模型解的唯一性和网格无关性。在数值实现方面，本章将提供在有限元分析（FEA）软件框架下，如何实现这些复杂本构模型的具体算法步骤，包括隐式和显式的时间积分方案，以及如何处理损伤变量的非线性滞后特性。结语：面向未来结构的可靠性评估本书最后总结了损伤力学在结构可靠性评估中的集成应用。我们强调，对材料损伤演化的深入理解是设计更轻、更安全、寿命更长的下一代工程结构的关键。未来的研究方向将包括将损伤模型与先进的无损检测（NDT）技术数据进行实时耦合，实现结构健康监测（SHM）与预测性维护的闭环控制，从而将损伤力学从理论推向实际工程应用的更前沿。本书力求为研究生、结构工程师和材料科学家提供一个严谨、全面且面向实践的损伤力学参考工具。