Mechanical Testing of Bone and the Bone-implant Interface pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:An, Yuehuei H. (EDT)/ Draughn, Robert A. (EDT)

出品人:

页数:648

译者:

出版时间:1999-11

价格:$ 232.72

装帧:

isbn号码:9780849302664

丛书系列:

图书标签:

• 骨骼力学
• 生物材料
• 骨-植入物界面
• 力学测试
• 生物力学
• 骨组织工程
• 植入物
• 材料力学
• 骨科
• 生物医学工程

机械工程材料力学行为与先进分析技术 图书简介 本书深入探讨了现代工程领域中材料力学行为的复杂性，并聚焦于先进的实验测试方法、数值模拟技术以及在结构完整性评估中的实际应用。本书旨在为机械工程、材料科学、土木工程及航空航天等领域的学生、研究人员和专业工程师提供一个全面且深入的参考框架，以理解和预测材料在不同载荷条件下的响应。 第一部分：基础力学与本构关系 本书首先回顾了经典连续介质力学的基础理论，为后续的复杂分析奠定坚实基础。 第一章：应力与应变分析的深化 本章详细阐述了三维应力状态的描述，包括柯西应力张量、应力不变量的计算及其在工程判断中的作用。我们着重探讨了工程应变张量与真实应变张量之间的区别与联系，并详细分析了在小变形假设不成立的几何非线性问题中，如何选择合适的应变描述（如对数应变、Almansi应变）。本章通过大量案例，展示了如何利用 Mohr 圆和主值分析来识别结构中的关键危险区域。 第二章：线弹性材料的扩展理论 在线弹性理论的基础上，本章引入了各向异性材料的本构关系。针对复合材料和晶体材料，我们详细推导了广义胡克定律，并讨论了晶格结构对宏观力学性能的影响。此外，本章深入探讨了材料的弹塑性转变理论，包括 Tresca 屈服准则和 von Mises 屈服准则的几何意义，并阐述了如何利用这些准则来预测塑性流动方向和残余应力的产生。对材料内部损伤的微观机制，如裂纹萌生和扩展的 Griffith 理论及其能量判据，也进行了深入的剖析。 第三章：粘弹性与粘塑性行为建模 针对聚合物、高分子材料以及高温合金等具有时间依赖性的材料，本章重点介绍了粘弹性理论。我们使用蠕变柔量和松弛模量来描述时间依赖性，并引入了 Boltzmann 叠加原理。对于更复杂的粘塑性行为，本书介绍了 Johnson-Cook 模型和 Perzyna 模型，这些模型有效地将应变率和温度效应纳入了材料的本构方程，为高速冲击和高温服役环境下的材料性能预测提供了工具。 第二部分：先进的实验测试技术 本部分侧重于现代机械测试方法，强调数据采集的精度、可靠性以及对微观结构的关联性。 第四章：静态与动态载荷下的材料表征 本章详细介绍了静态拉伸、压缩、剪切和弯曲测试的标准规程（如 ASTM/ISO 标准），并强调了如何准确测量应变（如应变片的应用、光纤布拉格光栅传感器）。在动态测试方面，本书深入探讨了高速冲击试验（如落锤试验、Split-Hopkinson Pressure Bar 技术）的设计与数据反演方法，特别是如何处理波的传播与反射效应，以准确获取材料的动态屈服强度和韧性指标。 第五章：疲劳与断裂力学的实验评估 疲劳是结构失效的主要原因之一。本章系统地梳理了 S-N 曲线的构建、高周疲劳与低周疲劳的差异。在断裂力学部分，我们重点介绍了线弹性断裂力学（LEFM）中的应力强度因子（$K_I, K_{II}, K_{III}$）的计算方法，以及裂纹扩展的 J 积分理论。实验上，本书详细描述了疲劳裂纹的萌生、扩展速率测试（d$a$/d$N$ 曲线）的测量技术，并引入了基于数字图像相关（DIC）技术在裂纹尖端应变场监测中的应用。 第六章：非接触式测量与原位表征 现代实验科学越来越依赖于非接触式和原位（in-situ）技术。本章专门介绍了一种强大的工具——数字图像相关（DIC）技术，用于全场应变测量。我们详细解释了 3D-DIC 系统的几何标定、散斑制备、子像素插值算法以及如何将 DIC 数据与有限元分析结果进行直接对比。此外，还探讨了电子显微镜（SEM/TEM）在原位拉伸或加载过程中观察微观变形机制（如孪晶、滑移线）的方法。 第三部分：数值模拟与工程应用 本部分聚焦于现代计算工具在解决复杂力学问题中的应用，特别是有限元方法（FEM）。 第七章：有限元分析的高级主题 本书将有限元方法视为解决复杂边界条件和非线性问题的核心工具。本章侧重于高级单元选择（如壳单元、梁单元、三维实体单元）及其在网格划分中的收敛性分析。在非线性方面，我们深入探讨了材料非线性（塑性、超弹性）和几何非线性（大变形）的处理算法，如 Newton-Raphson 方法和弧长法，并讨论了接触算法在多体系统中的重要性。 第八章：多尺度建模与耦合分析 本章面向前沿研究，探讨了如何连接不同尺度的力学信息。我们介绍了从原子尺度（分子动力学，MD）到晶体尺度（晶体塑性模型，CPD）再到宏观工程尺度（FEM）的映射策略。此外，本书还详细分析了热力耦合分析，例如在激光焊接或高速摩擦中，如何同时考虑材料的温度场分布和力学响应，以准确预测热应力与残余变形。 第九章：结构完整性评估与寿命预测 本章将前述的理论和技术应用于实际的工程决策中。我们讨论了断裂风险评估中的概率方法，包括随机有限元方法（S-FEM）在处理材料参数不确定性方面的优势。针对疲劳寿命预测，本书比较了基于应力寿命法（Stress-Life）、基于应变寿命法（Strain-Life）和基于断裂力学法（Damage Tolerance）的适用范围和局限性。最后的案例研究将涵盖关键工程结构（如压力容器、涡轮叶片）的失效分析流程。 总结 本书旨在提供一个连贯的知识体系，使读者能够从微观机制出发，掌握先进的实验表征技术，并利用强大的计算工具对工程材料的力学性能进行精确的预测和评估，从而保障现代机械系统的安全与可靠性。

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语言风格上，这本书展现了一种罕见的、介于学术严谨与教学亲和力之间的平衡。作者的遣词造句精准有力，没有冗余的修饰词，每一个句子都承载着明确的信息量，这对于追求效率的专业读者来说是极大的福音。然而，在解释那些极其晦涩的有限元分析（FEA）模型构建时，作者又会适当地引入类比和具象化的描述，使得原本抽象的数学描述变得可触摸、可理解。这种叙事节奏的切换非常自然，使得长时间阅读也不会产生强烈的疲惫感。你可以感觉到，这本书的作者是真正理解读者的困境，并且努力在保证科学准确性的前提下，最大限度地降低读者的理解门槛。

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这本书最让我感到震撼的是其对“骨-植入物界面”研究的深入剖析。这部分内容明显超越了一般力学教材的范畴，它巧妙地将生物相容性、微动磨损（fretting）以及宿主骨的生物力学反应整合到机械测试的语境中。例如，对于植入物松动这一临床难题，作者并未简单地归咎于材料失效，而是细致地探讨了不同负载模式下，界面处微观应力分布如何影响骨小梁的重塑和界面结合强度的动态变化。那些关于动态疲劳测试和长期生物力学响应的章节，充满了前沿洞察力，仿佛作者将多年的临床观察和实验室数据完美地融合在了文字之中，提供的不仅仅是“如何做”的指南，更是“为什么这么做”的深刻见解。

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这本书的装帧和印刷质量简直是教科书级别的典范。纸张的选择上，那种略带哑光的质感既能保证长时间阅读眼睛的舒适度，又显得非常专业和耐用。排版设计上，作者或编者显然花了不少心思去平衡信息的密度与可读性。文字区域留白恰到好处，不会让人感到拥挤，同时图表和公式的插入也处理得非常流畅。我尤其欣赏的是那些复杂的示意图，它们的线条清晰锐利，即便是那些涉及三维结构和力学模型的图示，也能通过精妙的阴影处理和标记，让人一目了然地把握其核心概念。对于一本专注于“机械测试”的专业书籍而言，视觉呈现直接影响到学习效率，而这本书在这方面做得极为出色，每一次翻阅都像是在欣赏一件精心制作的工艺品，让人心情愉悦，也更容易沉浸到深奥的理论探讨中去。

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内容编排的逻辑性构建得极为严谨，它并非简单地罗列实验方法，而是构建了一个从宏观到微观、从基础原理到高级应用的完整知识体系。初读时，你会发现作者对于材料科学和生物力学的基本概念回顾得非常到位，为后续复杂测试的理解铺设了坚实的基础。紧接着，对不同测试模式（如拉伸、压缩、弯曲、扭转）的详尽阐述，不仅停留在理论公式层面，更深入到实际操作中的仪器选择、试样制备的细微差别，以及数据采集时的潜在误差源分析。这种层层递进的叙述方式，使得即便是初入这个领域的研究生，也能快速建立起一个清晰的知识框架，避免了在浩瀚的文献海洋中迷失方向的风险。

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从实用工具书的角度来看，这本书的参考价值和指导意义是毋庸置疑的。尤其是在关于测试标准的引用和规范方面，它似乎整合了国际上多个重要组织（如ASTM, ISO）的相关要求，并对其背后的力学原理进行了详细的解读，而不是简单地照搬条文。更难能可贵的是，它还花篇幅讨论了“非标准”或“新兴”的测试技术，例如在体外模拟病理状态（如骨质疏松模型）下的加载方案设计，以及如何利用先进的成像技术（如同步辐射CT）来辅助理解破坏机制。对于希望拓展研究边界、设计创新实验方案的科研人员来说，这本书提供的思维导图和方法论参考，是极具启发性和前瞻性的战略资源。

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