Elements of Multifield Theories for Complex Materials pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

出版者:Springer Verlag

作者:Mariano, Paolo M.

出品人:

页数:275

译者:

出版时间:2006-5

价格:$ 90.34

装帧:HRD

isbn号码:9780817643331

丛书系列:

图书标签:

Multifield Theories
Complex Materials
Continuum Mechanics
Phase Field Modeling
Materials Science
Thermodynamics
Non-Equilibrium Thermodynamics
Microstructure
Mathematical Modeling
Computational Materials Science

下载链接在页面底部

facebook linkedin mastodon messenger pinterest reddit telegram twitter viber vkontakte whatsapp 复制链接

想要找书就要到小哈图书下载中心

qciss.net

立刻按 ctrl+D收藏本页

你会得到大惊喜!!

具体描述

Complex materials are widely used to construct and manufacture complicated devices, especially in the field of nanotechnology. Their unusual mechanical properties---due to their articulated substructures influencing their macroscopic behavior---require suitable modeling for both scientific and design purposes. Although a number of specific models are available, there also exists a metamodel that may encompass various special cases.This monograph focuses on such a metamodel, presenting multifield theories not only as a tool to interpret the mathematical and physical nature of elements of existing models, but also to describe possible new models. An introductory chapter outlines a one-dimensional example of a two-phase material to highlight the essential features of the approach used throughout the book. In addition to the general setting, specific cases are treated in detail for quasicrystals, ferroelectrics, and complex fluids. Further topics covered include:* Presentation of elementary aspects of Lagrangian and Hamiltonian formalism of elastic complex materials* Analysis of bodies with special geometry* Consideration of evolving interfaces and junctions during phase transitions and changes of content and material metric; deduction of relevant evolution equations* Description of structural mutations in bodies within the general setting* Treatment of transport modeling of substructures* Discussion of "procedural" microstructures arising at a meso-level as solutions of variational problems"Elements of Multifield Theories for Complex Materials" will serve a diverse audience of graduate students, researchers, and practitioners in applied mathematics, mathematical physics, and engineering. The book may be used as a textbook for graduate-level courses in theoretical and applied mechanics, mathematical physics, and materials science, or as a self-study reference.

复杂材料多场理论要素本书旨在全面而深入地探讨适用于描述复杂材料行为的多场理论框架。我们聚焦于那些材料特性、本构响应和演化过程并非由单一物理场（如力学应力或温度）单独决定的系统，而是需要耦合电、磁、热、化学、微观结构等多个场域相互作用才能准确描述的材料。核心理论基础与建模范式本书的起点是回顾和系统化建立描述多场耦合现象的连续介质力学基础。我们将详细阐述如何将能量原理、熵产原理以及守恒定律（质量、动量、能量和电荷/磁通量等）应用于包含多个相互作用场的系统。重点在于泛函变分原理在多场系统中的推广，以及如何通过引入适当的本构关系来封闭控制方程组。第一部分：热电耦合与智能材料本部分专门探讨热学与电学相互作用在材料中的体现。热释电与压电效应的统一描述：详细分析了晶体和陶瓷材料中，机械应力与电场、温度梯度之间复杂的反馈机制。我们将引入涉及电介质弹性理论和热电学理论的耦合方程组，并研究其在传感器和执行器设计中的应用。这包括对皮尔斯（Piezoelectric）、塞贝克（Seebeck）和珀尔帖（Peltier）效应的微观尺度起源进行探讨，并将其提升至宏观连续介质模型的层面。焦耳热与电迁移：讨论了强电流通过材料时产生的焦耳热对材料性能（如电阻率、力学模量）的动态影响。同时，对电场驱动的离子或空位迁移（电迁移）现象进行深入分析，特别是其在微电子器件寿命预测中的重要性。我们将构建耦合热-电-扩散方程组，用以模拟这些非线性过程。第二部分：磁弹性与磁流变学本部分聚焦于机械场与磁场之间的相互作用，特别是铁磁性和磁致伸缩材料。磁致伸缩（Magnetostriction）的本构理论：我们将采用基于能量密度函数的最小化原理，推导描述磁化强度与应变之间非线性关系的本构方程。重点将放在领域旋转（Domain Switching）对宏观应变的影响，并区分不同晶体取向材料（如Terfenol-D合金）的各向异性行为。磁弹性耦合的演化：探讨在外部磁场作用下，材料内部应力场的重新分布以及由此导致的磁畴壁运动。本书将介绍基于有限元法的数值求解策略，用以模拟磁弹性波的传播和阻尼特性。磁流体动力学（MHD）的简化模型：虽然MHD本身是一个庞大的领域，但本书将侧重于处理具有复杂电导率和磁导率的非牛顿磁流体在特定边界条件下的力学响应，这对于液态金属或等离子体工程应用至关重要。第三部分：化学/相场耦合与材料退化本部分处理涉及物质输运、化学反应和结构相变的多场问题。电化学与固态电池模型：详细分析了锂离子在固体电解质和电极材料中传输的机制。我们引入浓差极化、电化学反应动力学以及离子扩散的耦合模型，重点关注界面阻抗和容量衰减的机理。这要求我们联立菲克扩散定律、欧姆定律以及相变界面反应动力学方程。相场（Phase Field）方法在多场中的应用：介绍如何利用相场方法来描述受外部场影响的微观结构演化，例如在热场或应力场驱动下的晶界迁移、析出相的成核与长大。相场变量本身被视为一个额外的“场”，其演化方程通常是基于能量泛函的梯度流。环境效应与腐蚀动力学：考虑机械应力、温度和特定化学物质（如湿度或腐蚀剂）共同作用下的材料失效（如应力腐蚀开裂，SCC）。我们将构建耦合力学、扩散和反应速率方程的模型，以预测材料在复杂环境下的服役寿命。第四部分：耦合系统的数值实现与高级主题本书的最后部分关注如何将理论模型转化为可计算的工具，并探讨更前沿的交叉领域。非线性求解技术：由于多场耦合系统本质上高度非线性，我们将深入探讨在时间积分和空间离散化过程中，如何采用修正的牛顿法、次迭代策略（Sub-iterations）以及域分解方法来确保解的稳定性和收敛性，特别是处理涉及界面跳跃的场量时。信息熵与随机场：引入信息论在描述材料不确定性和随机性方面的应用，特别是如何将随机场理论与确定性的多场模型相结合，用于材料的可靠性分析。跨尺度建模的桥梁：讨论如何将第一性原理计算（如DFT）或分子动力学（MD）的结果，通过介观模型（如晶体塑性有限元，CPFEM）过渡到宏观连续介质的多场描述中，实现从原子尺度到工程尺度的信息传递。本书适合于材料科学、固体力学、工程物理以及相关交叉学科的研究人员和高年级研究生，旨在提供一个坚实的理论框架和必要的计算工具，以应对现代工程材料所面临的复杂多物理场挑战。内容强调理论的严谨性与实际应用的关联性，力求避免冗余的数学推导，而专注于物理意义的提炼和模型构建的逻辑。