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出版者:Goodheart-Willcox Pub

作者:Walker, John R./ Polanin, W. Richard

出品人:

页数:376

译者:

出版时间:

价格:535.00 元

装帧:Pap

isbn号码:9781590706428

丛书系列:

图书标签:

• 焊接
• 图纸阅读
• 焊接符号
• 焊接工艺
• 金属加工
• 工程制图
• 蓝图
• 技术图纸
• 工业技术
• 焊接技能

好的，以下是关于一本名为《Welding Print Reading》的图书的详细简介，该简介描述了该书不包含的内容，但同时详细阐述了一本与焊接图纸阅读相关但主题不同的图书可能涵盖的领域和深度，旨在提供一个详尽且内容丰富的参考，同时避免提及任何与《Welding Print Reading》直接相关的具体信息或技能。 --- 图书名称：高级金属结构设计与制造中的计算力学应用 第一部分：计算力学基础与有限元方法（FEM）的深化 本书深入探讨了现代工程设计中至关重要的计算力学理论，特别是针对复杂金属结构系统。它首先回顾了经典连续介质力学的基础，强调了本构关系、应力-应变张量在非线性材料行为中的应用，如弹塑性变形和蠕变效应。随后，本书将重点放在有限元方法（FEM）的理论框架构建上。读者将学习如何选择和构建适用于不同物理问题的单元类型，包括但不限于四面体、六面体和壳单元的数学基础。书中详述了高阶插值函数的选择、数值积分（如高斯求积）的精确性分析，以及网格质量对计算结果稳定性和收敛性的决定性影响。 特别关注的是，本书对非线性问题的处理进行了深入的阐述。这包括几何非线性（大变形分析）、材料非线性（如应变硬化和损伤模型）和接触非线性（如多点接触和摩擦模型的数值实现）。章节中详细介绍了求解非线性方程组的迭代方法，如牛顿-拉夫逊法及其修正形式，并讨论了如何有效处理收敛性问题，例如使用线搜索或步长控制策略。此外，本书还将引入更高级的求解器技术，如预条件子技术，用于加速大型稀疏矩阵方程组的求解。 第二部分：结构动力学与疲劳寿命预测 本卷深入研究了结构在动态载荷作用下的响应，这是评估材料长期可靠性的关键。内容涵盖了单自由度和多自由度系统的自由振动分析、模态分析（Eigenvalue Analysis）及其工程意义。随后，本书转向迫近振动和瞬态动力学响应的数值模拟，重点介绍中心差分法、Newmark-$eta$ 法等时间积分方案的稳定性和准确性对比。 疲劳分析是本部分的核心。本书不局限于传统的S-N曲线方法，而是转向基于应变或断裂力学原理的更精确的疲劳寿命预测。详细讨论了低周疲劳（LCF）和高周疲劳（HCF）的适用范围和建模差异。在损伤累积方面，Miners 准则及其在随机载荷谱下的修正应用被细致剖析。更重要的是，本书将介绍基于断裂力学（Fracture Mechanics）的裂纹扩展分析，特别是应力强度因子（Stress Intensity Factor, SIF）的计算方法，包括使用J积分和Vitami-Rice $Delta$ G 等能量释放率指标，用于评估结构缺陷的临界尺寸和剩余寿命。 第三部分：热-机械耦合分析与残余应力控制 现代制造过程，如焊接、铸造或热处理，必然引入显著的温度梯度和随后的残余应力场。本书致力于构建和求解这些热-机械耦合问题。首先，它详细阐述了瞬态热传导问题的有限元离散化，包括考虑对流、辐射和内部热源的边界条件处理。接着，本书构建了热应力与热应变之间的关系，并将其耦合到前述的结构力学模型中。 在残余应力的模拟方面，本书强调了后处理技术的重要性。读者将学习如何通过“虚拟冷却”技术来分离出加工过程中产生的残余应力。此外，书中还探讨了如何利用数值方法来预测和优化热输入参数，以最小化最终结构中的有害残余应力分布，这对于保证结构在后续服役中的几何稳定性和抗屈曲能力至关重要。 第四部分：先进材料的本构建模与数值实现 本部分将目光投向工程中日益广泛使用的先进材料系统，并要求更精细的材料模型。内容包括复合材料层合板的宏观力学建模，如通过经典层合板理论（CLT）确定板的有效刚度。对于金属材料，本书将介绍损伤力学（Damage Mechanics）模型，特别是内聚力模型（Cohesive Zone Model, CZM）在模拟材料分层、界面脱粘和裂纹萌生方面的应用。 此外，书中将涉及增材制造（Additive Manufacturing, AM）过程中的特定挑战。这包括模拟材料熔池的凝固过程、快速冷却导致的微观结构演化，以及由此产生的各向异性材料特性和内部缺陷的形成。对这些复杂材料行为的精确数值描述，是实现下一代结构高性能化的前提。 第五部分：高性能计算与结果验证 最后，本书讨论了将上述复杂的数值模型转化为高效的工程解决方案的实践问题。内容包括并行计算的基础，如域分解技术和MPI/OpenMP的应用，以加速大型模型的求解时间。在模型验证与校准方面，本书强调了对比实验数据和经典解析解的重要性，并介绍了后处理技术，如敏感性分析和不确定性量化（Uncertainty Quantification, UQ）的基本概念，以评估模型预测的可靠性区间。 本书面向具备坚实工程力学背景的研究人员、结构工程师和高级分析师，旨在提供一套完整的、可用于解决复杂金属结构设计与分析挑战的计算工具箱和理论深度。

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