目标物理场测试与分析 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:于良,高建华

出品人:

页数:270

译者:

出版时间:2007-12

价格:28.00元

装帧:

isbn号码:9787810994651

丛书系列:

图书标签:

• 物理场测试
• 物理场分析
• 电磁场
• 声场
• 力场
• 振动测试
• 噪声测试
• 传感器
• 测试技术
• 分析方法

现代工程中的先进材料与结构设计 图书简介： 本书深入探讨了现代工程领域中，先进材料的选取、性能评估与创新结构的设计与优化。它旨在为工程师、研究人员以及高年级本科生提供一个全面且深入的视角，理解如何利用前沿材料科学的成果来应对日益复杂的工程挑战，特别是在极端环境、高能耗以及对可靠性要求极高的应用场景中。 全书的结构设计遵循从基础理论到实际应用的逻辑脉络，内容涵盖了从微观材料结构到宏观系统性能的多个层面。我们摒弃了对传统结构材料的简单罗列，转而聚焦于那些正在重塑工程面貌的新兴材料体系及其独特的物理化学性质。 第一部分：先进材料的微观基础与宏观表征 本部分首先确立了理解先进材料的关键理论框架。我们详细阐述了晶体结构、缺陷工程与界面物理如何共同决定材料的力学、热学、电学和磁学行为。 1. 新型合金与复合材料的基体设计： 重点分析了高熵合金（HEAs）的设计哲学及其在高温、高应力环境下的表现。不同于传统单组分或二元合金，我们探讨了HEAs中“混乱熵”如何稳定面心立方或体心立方结构，并讨论了其在蠕变、疲劳以及辐照损伤方面的独特优势与挑战。此外，纤维增强复合材料（FRCs）的界面设计被置于核心地位，分析了基体-增强体之间的化学键合强度、脱粘机制及其对整体层压板力学性能（如层间剪切强度）的影响。 2. 智能与响应性材料的本征特性： 本书对形状记忆合金（SMAs）、压电材料和磁致伸缩材料进行了深入的剖析。对于SMAs，我们侧重于其马氏体相变过程中的热力学驱动力、超弹性行为的本构模型，以及如何通过热处理和应力加载路径来调控其恢复应变范围。在压电材料部分，我们详细推导了本构方程，并讨论了功能梯度材料（FGMs）在传感器和执行器设计中的应用潜力，尤其关注其在厚度和梯度变化区域的应力集中问题。 3. 纳米尺度材料的量子效应与尺度效应： 针对碳纳米管（CNTs）、石墨烯及其衍生材料，本书不仅仅停留在其优异的力学强度上。我们深入探讨了电子输运的量子限制效应、表面原子与环境的相互作用，以及这些效应如何影响宏观导电性和导热性。在结构应用中，我们重点分析了纳米晶粒材料的Hall-Petch关系失效现象，以及超细化晶粒对材料低温脆性的影响。 第二部分：复杂载荷下的结构响应与可靠性分析 本部分将材料知识转化为结构工程的实际应用，侧重于在非传统载荷条件（如冲击、高频振动、热循环）下，先进结构系统的行为预测与寿命评估。 1. 动态载荷下的非线性结构动力学： 本书提供了一套处理高频、高应变率载荷下的材料本构关系。针对冲击载荷，我们讨论了Johnson-Cook模型、Grassine模型等在材料动态屈服和硬化中的参数辨识方法。在结构层面，我们详细分析了波传播、反射与透射的理论，并结合有限元分析（FEA）技术，模拟了爆炸载荷下装甲结构和吸能装置的能量吸收机制。 2. 疲劳、断裂与损伤容限设计： 传统的线弹性断裂力学方法在处理复合材料和梯度材料时存在局限性。因此，本章侧重于弹塑性断裂（EPFM）的评估，特别是引用了J积分、C积分在评估裂纹尖端场强时的适用性。对于疲劳寿命预测，我们结合了微观损伤积累模型（如内聚力模型CZM）与宏观的Paris规律，用于预测层间裂纹的萌生和扩展。我们还探讨了损伤容限（Damage Tolerance）的设计理念，即结构在出现损伤后仍能维持其基本安全功能的能力。 3. 极端环境下的热-力-耦合效应： 在航空航天和核工程领域，热载荷与机械载荷的耦合效应是关键的设计制约因素。本部分详述了热梯度引起的残余应力分析，以及对材料时效性（如高温蠕变和应力松弛）的影响。我们构建了耦合的本构模型，用于模拟材料在交变温度和应力下的低周疲劳（LCF）行为，特别是对热障涂层（TBCs）和涡轮叶片材料的寿命预测进行了细致的案例分析。 第三部分：拓扑优化与制造约束下的结构创新 本部分聚焦于如何利用计算方法和增材制造（AM）技术，实现结构性能的最大化与几何形状的创新。 1. 拓扑优化在性能提升中的应用： 我们详细介绍了基于密度的拓扑优化（SIMP法）和水平集方法在结构轻量化中的应用。重点讨论了如何将多物理场约束（如热应力、模态频率、流体阻力）纳入目标函数，以设计出多功能集成结构。书中特别强调了制造约束（如最小特征尺寸、悬空限制）如何与优化目标进行权衡，以确保设计结果的可制造性。 2. 增材制造对结构性能的重塑： 增材制造技术，特别是选区激光熔化（SLM）和电子束熔化（EBM），使得设计自由度空前提高。本书分析了AM工艺参数（如激光功率、扫描速度、粉末特性）对最终材料微观结构和宏观性能的影响。我们着重探讨了增材制造结构中常见的缺陷，如孔隙率和残余应力，以及如何通过后处理（如热等静压HIP）来改善这些缺陷对结构疲劳性能的负面影响。此外，复杂晶格结构（Lattice Structures）的力学性能与应力传递机制也被作为现代轻量化结构设计的范例进行了详细剖析。 3. 集成化与功能化结构设计： 最后，本书探讨了如何将传感、激励和能量收集功能直接集成到结构本身。例如，利用压电涂层或嵌入式光纤传感器来实时监测结构健康状况。我们分析了传感器与基体材料之间的兼容性问题，以及如何利用数值模型预测集成化设计对结构固有频率和阻尼特性的改变。 总结： 本书不侧重于对现有通用工程标准的复述，而是致力于提供一套前瞻性的分析工具和设计理念，使读者能够掌握驾驭下一代高性能工程系统所需的关键知识。内容紧密结合当前材料科学和计算力学的前沿研究成果，为解决未来工程中的高难度、跨学科问题提供了坚实的理论和实践基础。

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