Variational Problems in Materials Science pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Dal Maso, Gianni (EDT)/ Desimone, Antonio (EDT)/ Tomarelli, Franco (EDT)

出品人:

页数:159

译者:

出版时间:

价格:1592.24元

装帧:HRD

isbn号码:9783764375645

丛书系列:

图书标签:

• 材料科学
• 变分法
• 优化
• 固体物理
• 计算材料学
• 相场模型
• 微结构
• 材料力学
• 数值模拟
• 能量最小化

现代材料的结构、性能与设计：一本面向工程实践的导论 书名：现代材料的结构、性能与设计：一本面向工程实践的导论 作者：[此处填写作者姓名] 出版社：[此处填写出版社名称] 出版年份：[此处填写出版年份] --- 内容概述 本书旨在为材料科学与工程领域的本科生、研究生以及在职工程师提供一本全面、深入且高度实用的教材。我们关注的核心在于理解材料的微观结构如何决定其宏观性能，以及如何利用这种内在联系来实现材料的定向设计与优化。全书内容严格围绕材料科学的四大支柱——结构、性能、加工工艺与服役行为——展开，通过大量的实例和工程应用案例，将抽象的理论知识转化为可操作的设计原则。 本书的叙述风格注重逻辑的连贯性和概念的清晰度，避免了纯粹的数学推导堆砌，而是将理论模型置于其工程背景之下进行解释，强调“为什么”需要这种模型以及它在实际工程中能解决什么问题。 第一部分：材料科学基础与原子结构（Structure Foundations） 本部分为后续深入探讨打下坚实的理论基础，侧重于从最基本的原子尺度理解物质的聚集状态。 第一章：材料的分类与宏观属性 本章首先对金属、陶瓷、聚合物和复合材料进行系统性的分类介绍，探讨它们的典型应用领域及其内在的性能差异。我们将引入工程中常用的机械性能指标（如屈服强度、模量、韧性）和物理性能指标（如导电性、热膨胀系数）的定义，为后续章节的量化分析奠定基础。 第二章：晶体结构与晶体学 深入探讨固体材料的原子排列规律。详细介绍布拉维点阵、晶胞的概念，重点解析面心立方（FCC）、体心立方（BCC）和六方密堆积（HCP）等常见金属晶体结构。本章将引入晶体学符号（如Miller指数），并阐述如何使用这些工具来描述晶面的方向和晶线的方位，这对于理解塑性形变和各向异性至关重要。 第三章：晶体缺陷理论 理解材料的宏观性能，必须把握微观缺陷的作用。本章系统性地介绍了点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界、堆垛层错）。我们重点分析了位错如何驱动金属的塑性流动，这是理解加工硬化和蠕变的基础。同时，探讨了如何通过控制缺陷的密度和分布来调控材料性能。 第四章：非晶态结构与统计描述 针对玻璃、高分子等无序材料，本章介绍了如何用径向分布函数（RDF）等统计工具描述其短程和中程有序性。讨论了玻璃化转变温度（Tg）的概念及其对聚合物和玻璃性能的决定性影响。 第二部分：材料的性能与热力学驱动（Performance Drivers） 本部分将焦点从结构转移到性能的形成机制，特别是热力学和动力学在材料行为中的核心作用。 第五章：相图与热力学基础 本章回顾了材料科学所需的热力学基本原理，如吉布斯自由能、活度和化学势。核心内容是相图的解读与构建。通过单组分和二元合金相图（如固溶体、共晶、共析体系），展示了温度和成分如何控制相的形成、消失与转化，这是材料制备过程控制的关键。 第六章：扩散现象与动力学 深入探讨固态扩散机制，包括原子通过晶格间隙和晶界移动的过程。重点分析菲克定律（Fick's Laws）在工程中的应用，例如渗碳、脱碳过程以及薄膜沉积速率的计算。本章强调了扩散的激活能和温度依赖性。 第七章：机械性能的本构关系 详细阐述材料在外力作用下的响应。除了弹性形变（胡克定律）和粘弹性行为外，本章深入研究了塑性形变的机制，包括滑移系、加工硬化以及晶粒尺寸对强度的影响（Hall-Petch关系）。随后，探讨了断裂力学的基础，如应力强度因子、裂纹尖端张力区（Toughening Mechanisms）和韧性/脆性断裂的区别。 第八章：电学、热学与磁学性能 本章聚焦于材料的功能性。在电学方面，分析导体、半导体和绝缘体的能带理论，并讨论载流子浓度与迁移率对电阻率的影响。在热学方面，探讨晶格振动对热导率的贡献。磁学部分则介绍了铁磁性、抗磁性及磁滞回线的工程意义。 第三部分：材料的加工、微结构演化与服役（Processing and Application） 本部分将理论知识与实际的制造过程及材料的长期服役环境相结合，体现材料设计的实践性。 第九章：塑性加工工艺与微观结构控制 本章详细介绍金属的主要塑性加工方法，如轧制、锻造、挤压和拉拔。关键在于阐释这些加工过程如何引入和累积位错，导致加工硬化，以及随后的退火（恢复、再结晶和晶粒长大）如何实现性能的优化。引入了织构（Texture）的概念及其对宏观性能各向异性的影响。 第九章：凝固、粉末冶金与增材制造 讨论材料制造的非塑性过程。详述凝固过程中枝晶的形成与偏析现象，并介绍定向凝固技术。粉末冶金的高温烧结过程，重点分析孔隙率对性能的影响。同时，鉴于现代工业的发展，本章增设了对增材制造（3D打印）中特有冷却速率、残余应力及缺陷控制的讨论。 第十一章：复合材料设计与界面科学 复合材料是现代工程的关键。本章侧重于纤维增强复合材料（如碳纤维/环氧树脂）和颗粒增强复合材料的设计原理。核心在于界面——纤维与基体的结合强度和传荷效率如何决定整体的力学性能。引入了经典的混法（Rule of Mixtures）并讨论其局限性。 第十二章：材料的劣化与可靠性工程 本章关注材料在实际服役环境下的长期行为。详细分析了疲劳（低周与高周）、蠕变和应力腐蚀开裂（SCC）这三大主要的失效模式。通过对S-N曲线、Larson-Miller参数的应用，指导工程师如何进行寿命预测和风险评估，确保工程结构的可靠性。 总结 本书并非仅仅是材料科学概念的罗列，而是一套从原子到结构再到性能的完整逻辑链条。通过整合结构工程、热力学、动力学和实验分析的知识，读者将能够掌握一套解决实际工程难题的系统性思维框架，为新材料的开发、现有材料的优化以及复杂工程系统的设计提供坚实的科学基础。本书的每一章节都力求以清晰的图示、详细的案例和工程导向的习题来巩固学习效果。

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