Deformable Bodies and Their Material Behavior pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Haslach, Henry W., Jr.; Armstrong, Ronald W.;

出品人:

页数:532

译者:

出版时间:2003-12

价格:0

装帧:

isbn号码:9780471125785

丛书系列:

图书标签:

• Deformable Bodies
• Material Behavior
• Solid Mechanics
• Continuum Mechanics
• Finite Element Analysis
• Plasticity
• Viscoelasticity
• Biomechanics
• Computational Mechanics
• Material Science

《流变学：物质变形的动态艺术》 这本书将带领读者深入探索物质在受力作用下发生形变时所展现出的奇妙且复杂的动态行为。它并非仅仅是枯燥的力学定律堆砌，而是一次对物质本质及其响应方式的深刻洞察。我们将超越简单的弹性形变范畴，触及那些在时间和形变速率影响下，展现出丰富多变特性的材料。 第一章：流变学的基石——流体与固体的边界 在深入探讨复杂材料之前，我们必须首先建立对基本概念的清晰认识。本章将界定“流体”和“固体”这两个看似简单实则蕴含深奥的术语。我们并非停留在宏观的直观理解，而是将从微观层面审视物质的内部结构，理解为何某些物质在长时间尺度下表现得像固体，而在短时间内又如同流体一般流动。我们将引入黏度（viscosity）这一核心概念，阐释其物理意义，并探讨不同流体（牛顿流体、非牛顿流体）为何会展现出迥异的流动特性。通过介绍剪切应力（shear stress）和剪切应变速率（shear strain rate）的关系，我们将揭示流变学研究的根本出发点。 第二章：时间的印记——黏弹性：固体与流体的和谐共舞 许多我们日常接触到的材料，如聚合物、沥青、甚至一些食品，都展现出一种介于固体和流体之间的奇特行为：黏弹性（viscoelasticity）。本章将聚焦于这一迷人的现象。我们将剖析黏弹性材料的内在机制，理解它们如何同时储存能量（弹性成分）和耗散能量（黏性成分）。通过引入缓变（creep）和应力松弛（stress relaxation）等实验手段，我们将量化黏弹性的表现。读者将了解如何通过分子链的运动、交联点的存在以及材料的微观结构来解释这些宏观行为。我们将介绍一些经典的黏弹性本构模型，如马克斯韦尔模型（Maxwell model）和开尔文-维希模型（Kelvin-Voigt model），并探讨如何将它们组合起来以更精确地描述复杂材料的响应。 第三章：形变的速率之舞——剪切稀化与剪切增稠 并非所有流体都遵循简单的线性关系。许多流体，尤其是高分子溶液和悬浮液，其黏度会随着剪切应变速率的变化而显著改变。本章将深入探讨剪切稀化（shear thinning）和剪切增稠（shear thickening）现象。我们将解释为何在强烈的剪切作用下，某些流体的“流动性”会增加（剪切稀化），例如油漆在涂刷时变得更容易流动。反之，某些流体在受到剪切时，其黏度会急剧上升，甚至可能导致固化（剪切增稠），例如玉米淀粉与水的混合物。我们将从分子尺度解释这些现象，例如高分子链的取向、缠结以及颗粒间的相互作用。这些知识对于理解和优化许多工业过程至关重要，例如印刷、涂料喷涂以及食品加工。 第四章：形变的维度——拉伸流变学与多轴流动 我们对流变学的理解不能仅仅局限于简单的剪切流动。在许多实际应用中，材料会经历拉伸、压缩以及复杂的混合流动。本章将扩展我们的视野，探讨拉伸流变学（extensional rheology）以及多轴流动（multiaxial flow）下的物质行为。我们将介绍拉伸黏度（extensional viscosity）的概念，并解释它与剪切黏度的显著差异。例如，在拉伸过程中，高分子链更容易被拉伸和取向，从而导致拉伸黏度远高于剪切黏度。我们将探讨拉伸流动在纤维纺丝、吹塑成型等过程中的重要性。此外，我们还将简要介绍在多轴流动下，材料的响应可能更加复杂，需要更精密的模型来描述。 第五章：材料的内在叙事——微观结构与流变行为的联系 流变行为并非凭空产生，而是根植于材料的微观结构。本章将深入挖掘微观世界与宏观流变行为之间的深刻联系。我们将探讨不同材料体系，如聚合物溶液、熔体、胶体分散体、乳液以及固体颗粒复合材料，其微观结构（例如分子链的缠结程度、颗粒的大小分布、聚集态的形成）如何决定了它们的流变特性。我们将引入散射技术（如小角X射线散射SANS）和显微成像技术（如原子力显微镜AFM）等现代表征手段，展示如何“看见”材料的微观结构，并将其与流变测量结果联系起来。理解这种联系，对于材料的设计和性能调控至关重要。 第六章：温度的魔力——温度对流变行为的影响 温度是影响物质状态和运动的关键因素，它对流变行为的影响尤为显著。本章将系统地探讨温度如何改变材料的流变特性。我们将解释，对于大多数物质而言，温度升高通常会导致黏度降低（黏性成分的减弱），而弹性成分也可能因分子运动的增强而发生改变。我们将介绍阿伦尼乌斯方程（Arrhenius equation）和威廉-威德尔方程（Williams-Landel-Ferry equation, WLF equation）等经典的温度-黏度关系模型，并探讨它们在预测和描述材料在不同温度下的行为时的应用。理解温度对流变行为的影响，对于确保材料在加工和使用过程中的稳定性和可靠性至关重要。 第七章：跨越界限——高频动态力学分析 当材料受到快速变化的力时，它们的响应将更加复杂。本章将聚焦于高频动态力学分析（Dynamic Mechanical Analysis, DMA），一种研究材料在动态应力作用下的行为的强大技术。我们将介绍DMA的基本原理，包括如何测量材料的储能模量（storage modulus）和损耗模量（loss modulus），并解释它们分别代表了材料的弹性响应和黏性响应。通过DMA，我们可以深入研究材料的玻璃化转变温度（glass transition temperature）、次级转变以及分子链的松弛行为。这些信息对于理解材料的机械性能、动态响应以及在动态载荷下的耐久性具有极其重要的意义。 第八章：流变学的应用——从实验室到工业的桥梁 流变学的研究并非止步于理论探索，它在众多工业领域都扮演着不可或缺的角色。本章将展示流变学如何在实际应用中发挥其价值。我们将深入探讨流变学在食品加工（如酱料的稠度、烘焙食品的面团流变性）、化妆品（如乳液的稳定性、膏体的涂抹性）、制药（如药物输送系统的黏度）、聚合物加工（如挤出、注塑、吹塑）以及石油工程（如钻井液的流变性）等领域的实际应用案例。我们将分析在不同应用场景下，需要关注的特定流变参数以及如何利用流变测量来优化产品性能、控制生产工艺以及解决实际问题。 第九章：建模与预测——流变学的未来展望 随着科学技术的不断发展，我们对物质行为的理解也日益深入。本章将展望流变学未来的发展方向。我们将探讨计算流变学（computational rheology）的兴起，以及如何利用先进的数值模拟技术来预测材料的流变行为，这为材料设计提供了强大的工具。同时，我们也将关注新兴材料体系（如智能材料、生物材料）的流变学研究，以及如何将多尺度模拟与实验相结合，以更全面地理解和控制物质的形变行为。流变学将继续作为理解和改造物质世界的关键学科，不断拓展其应用的边界。 本书旨在为读者提供一个全面而深入的流变学知识体系，帮助您理解物质在变形过程中的动态本质，并将其应用于实际问题的解决。通过理论讲解、案例分析和方法介绍，我们希望激发您对这一迷人科学领域的浓厚兴趣。

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