Computational Mesomechanics of Composites pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Wiley-Interscience

作者:Leon L., Jr Mishnaevsky

出品人:

页数:294

译者:

出版时间:2007-09-24

价格:USD 160.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780470027646

丛书系列:

图书标签:

复合材料
细观力学
介观力学
计算力学
材料科学
力学
数值模拟
多尺度分析
结构力学
损伤力学

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具体描述

Mechanical properties of composite materials can be improved by tailoring their microstructures. Optimal microstructures of composites, which ensure desired properties of composite materials, can be determined in computational experiments. The subject of this book is the computational analysis of interrelations between mechanical properties (e.g., strength, damage resistance stiffness) and microstructures of composites. The methods of mesomechanics of composites are reviewed, and applied to the modelling of the mechanical behaviour of different groups of composites. Individual chapters are devoted to the computational analysis of the microstructure- mechanical properties relationships of particle reinforced composites, functionally graded and particle clusters reinforced composites, interpenetrating phase and unidirectional fiber reinforced composites, and machining tools materials.

书名：先进复合材料结构完整性与服役性能评估作者： [此处留空，或填写虚构作者名] 出版社： [此处留空，或填写虚构出版社名] --- 内容简介：本书深入探讨了现代工程领域中广泛应用的先进复合材料结构在复杂服役环境下的完整性维持与长期性能评估问题。随着航空航天、土木工程、汽车制造及可再生能源等关键行业的飞速发展，对结构材料的轻量化、高比强度和耐疲劳性能提出了前所未有的挑战。本书旨在为材料科学家、结构工程师和科研人员提供一个全面的理论框架和先进的分析工具，以理解和预测复合材料结构在载荷、温度、湿热以及环境侵蚀等多种因素耦合作用下的退化机制与失效行为。本书的结构设计旨在层层递进，从基础的材料本构关系入手，逐步过渡到复杂的宏观结构响应分析，最终聚焦于工程应用中的实际问题。全书共分为八个主要章节，内容涵盖了复合材料力学的核心概念、先进的损伤力学模型、多尺度分析方法以及关键的寿命预测技术。第一章：复合材料的微观结构与本构描述本章首先回顾了纤维增强复合材料（如碳纤维/环氧树脂、玻璃纤维/聚合物等）的基本组成、微观几何特征及其对宏观力学性能的支配作用。重点讨论了经典的层合板理论（如经典层合板理论CLT和一阶剪切形变理论FSDT）在描述平面应力状态下的局限性，并引入了考虑材料各向异性的本构关系，包括应力-应变张量表示法、等效介质理论以及Voigt和Reuss模型在预测基体和增强相复合性能时的应用。此外，本章还探讨了纤维体积分数、界面特性对材料整体刚度和强度的影响机制。第二章：复合材料的疲劳与蠕变行为复合材料结构，尤其是在周期性或持续性载荷作用下的结构，其寿命往往受疲劳损伤控制。本章详细分析了单向板、层合板和三维编织复合材料的宏观疲劳特性。我们引入了基于能量释放率的疲劳裂纹扩展模型，区别于金属材料中常用的S-N曲线法，重点阐述了考虑微裂纹萌生和扩展的损伤演化路径。蠕变行为作为高温或长期静态载荷下的重要失效模式，也得到了系统的讨论，包括粘弹性基体的松弛效应及其对层间剪切应力的长期影响。本章还特别关注了疲劳载荷下可能发生的纤维断裂、基体开裂和界面脱粘的交互作用。第三章：先进的损伤力学与渐进损伤分析（PDA）为了精确模拟复合材料从初始加载到最终失效的全过程，本章聚焦于渐进损伤分析（Progressive Damage Analysis, PDA）。不同于传统的断裂力学关注裂纹尖端，PDA旨在捕捉材料内部损伤的起始、累积和演化。我们详细介绍了基于张量损伤变量的本构模型，包括Hashin准则、Tsai-Wu准则在描述不同失效模式（拉伸断裂、压缩屈曲、剪切失效）中的应用。本章的重点是如何在有限元框架内实现这些损伤模型的耦合，以模拟多重损伤模式的竞争与协同，并建立起损伤变量与材料有效刚度矩阵之间的关系，从而实现对结构承载能力下降的精确预测。第四章：界面脱粘与层间断裂韧性复合材料的层间性能是决定结构整体可靠性的关键因素。本章专注于层间性能的评估，特别是界面脱粘的起裂与扩展。我们深入探讨了复合材料层间断裂韧性的测试方法，如双边伸（BT）试样、双悬臂梁（DCB）试样和加卸载剖分梁（TLM）试样，并详细阐述了如何从实验数据中提取关键的能量释放率分量 $G_I$ 和 $G_{II}$。此外，本章还介绍了利用内聚力模型（Cohesive Zone Model, CZM）来模拟界面失效过程，该模型能够有效桥接微观损伤和宏观结构响应，是数值模拟层间裂纹扩展的强大工具。第五章：湿热耦合效应与环境老化在实际服役环境中，温度和湿度的变化会对聚合物基复合材料的性能产生显著影响。本章系统分析了湿热耦合对材料性能的劣化机制。水分子的吸收（吸湿）导致基体玻璃化转变温度（$T_g$）下降，降低了材料的模量和强度，并可能加速水解反应。本章引入了菲克扩散理论来预测水分的吸收和分布，并结合热力学理论来构建湿热耦合的本构方程，用于评估结构在长期暴露于潮湿和高温交变环境下的残余性能。第六章：复合材料结构的稳定性与屈曲行为对于薄壁结构或细长构件，由压缩载荷引起的失稳问题至关重要。本章侧重于层合板的线性和非线性屈曲分析。讨论了受轴向、侧向或面内剪切载荷作用下，层合板的临界屈曲载荷预测方法。特别关注了由于材料各向异性导致的复杂屈曲模式，以及初始缺陷（如孔隙率或预应力）对屈曲行为的敏感性。此外，本章还探讨了压缩失载（Compression After Impact, CAI）问题，即结构在受到低速冲击后承载能力的下降和随后的屈曲失稳风险。第七章：多尺度建模与宏细观分析技术为了更准确地捕捉材料响应，本章介绍了先进的多尺度建模策略。这包括使用代表性体积单元（RVE）进行基体与纤维尺度的力学分析，以及使用宏细观方法（Mesoscale Analysis）来模拟纤维束、基体和界面这三个关键组成部分之间的相互作用。重点介绍了离散单元法（DEM）和基于晶格模型的数值方法在模拟纤维随机排布和界面脱粘过程中的优势，从而为更高精度的宏观本构模型提供输入参数。第八章：无损评估与结构健康监测（SHM）确保服役中的复合材料结构保持完整性，依赖于有效的状态监测技术。本章探讨了应用于复合材料损伤检测的无损评估（NDE）技术，如超声波C扫描、声发射（AE）技术和热成像技术。特别是，本章详细阐述了如何将先进的传感器技术（如光纤布拉格光栅FBG、压电换能器PZT）嵌入到复合材料中，构建实时健康监测系统（SHM）。重点在于如何从传感器采集的信号中反演和定位内部损伤（如分层或纤维断裂），从而实现对结构剩余寿命的预测与管理。 --- 适用读者群：本书面向具有固体力学、结构工程、材料科学背景的本科生高年级学生、研究生、博士后研究人员，以及在航空、航天、风能、高性能体育用品等领域从事复合材料结构设计、分析和测试的工程师。核心价值：本书的价值在于，它提供了一个从微观机理到宏观应用、从理论推导到数值实现的完整技术链条，特别侧重于处理传统解析方法难以解决的非线性损伤累积和多因素耦合问题，是理解和掌握先进复合材料结构可靠性设计的关键参考书。