Nonsmooth Dynamics of Contacting Thermoelastic Bodies pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Awrejcewicz, Jan/ Pyryev, Yuriy

出品人:

页数:260

译者:

出版时间:2008-12

价格:$ 168.37

装帧:

isbn号码:9780387096520

丛书系列:

图书标签:

• 接触力学
• 热弹性
• 非光滑动力学
• 摩擦
• 冲击
• 振动
• 数值方法
• 材料力学
• 固体力学
• 边界元法

《非光滑接触热弹性体动力学》 图书简介 本书深入探讨了具有非光滑接触的复杂热弹性体的动力学行为，为理解和模拟此类系统提供了一个全面而严谨的框架。热弹性体在许多工程和科学领域都扮演着至关重要的角色，例如航空航天、汽车制造、生物医学工程以及地质学。当这些材料在相互接触时，接触边界的非光滑性以及热-力耦合效应的相互作用，使得其动力学分析变得极具挑战性。本书正是致力于揭示这些复杂现象背后的力学原理，并提供先进的数学和数值方法来解决相关的工程问题。 核心内容概述 本书的核心在于对非光滑接触热弹性体动力学的理论建模、数学分析和数值求解方法进行系统性的梳理和阐述。我们将从基础的热弹性理论出发，逐步引入非光滑接触的力学模型，并重点关注热-力耦合效应对接触行为的影响。 第一部分：热弹性理论基础 在深入探讨非光滑接触之前，本书首先回顾和扩展了经典的热弹性理论。这包括： 热弹性本构关系： 详细介绍了一系列热弹性材料的本构方程，涵盖了线性、非线性以及各向异性材料。我们关注应力、应变、温度以及温度梯度之间的耦合关系，并探讨了不同材料模型在描述实际现象时的适用性。 能量原理与虚功原理： 阐述了热弹性力学中的能量守恒和虚功原理，这些原理是建立并求解热弹性方程组的基础。我们将推导热弹性体的能量方程，包括应变能、内能、热流以及耗散等项。 控制方程的建立： 基于上述原理，详细推导了热弹性体动力学分析的控制方程组。这包括运动方程（考虑了热应力引起的惯性力）、能量方程（描述了温度场的演化）以及本构关系。我们也会讨论不同假设（如小变形、大变形、绝热条件、等温条件等）对控制方程形式的影响。 初步的分析方法： 介绍一些分析稳态和瞬态热弹性问题的基本方法，例如傅里叶级数、拉普拉斯变换等，为后续更复杂的分析奠定基础。 第二部分：非光滑接触力学 本部分将重点聚焦于非光滑接触的建模与分析，这是本书的核心创新点之一。 接触条件与约束： 详细讨论了接触边界处的力学和热力学条件。这包括： 几何约束： 描述了接触体之间的几何关系，如表面法向的连续性、重叠的避免等。 力的约束： 接触力必须是法向非负的（在不考虑粘附的情况下），切向力与法向力的关系（如库仑摩擦定律）以及摩擦的迟滞效应。 热力约束： 接触界面处的温度连续性、热流的连续性（或通过接触界面发生热交换）。 非光滑性来源： 深入分析导致接触非光滑性的机制，例如： 几何突变： 接触界面本身具有尖角、裂缝、孔洞等不光滑特征。 接触模式的切换： 接触区域在加载过程中发生变化，导致接触边界上的导数不连续。 摩擦的突变： 摩擦力从滑动到静止，或从静止到滑动的突变。 材料属性的突变： 接触区域内的材料性能发生显著变化，例如存在界面层。 接触模型： 介绍多种用于描述非光滑接触的数学模型，包括： 基于不等式约束的方法： 将接触条件转化为一系列不等式，这往往需要用到变分不等式或广义方程等数学工具。 基于粘聚力模型： 描述接触界面上由粘聚力引起的力-位移关系，并考虑其非线性退化行为。 基于摩擦磨损模型： 针对滑动接触，深入研究摩擦的产生机制、摩擦系数的依赖性（如速度、法向力、温度）以及磨损的动力学过程。 基于局部接触松弛模型： 描述了当接触力小于某一阈值时，接触界面可能出现松弛的现象，导致接触区域的改变。 第三部分：热-力耦合在非光滑接触中的作用 热-力耦合效应在非光滑接触体动力学中扮演着至关重要的角色，本书将深入探讨其复杂影响。 热源的产生与分布： 摩擦生热： 详细分析了摩擦过程中能量耗散转化为热量的机制，并讨论了摩擦热在接触界面上的分布规律，例如是否集中在特定的微观接触点上。 塑性功耗： 在高载荷下，接触区域可能发生局部塑性变形，其能量耗散也会产生热量。 内应力引起的温度变化： 热弹性耦合效应意味着应力场的变化会引起温度的变化，反之亦然。 温度对接触行为的影响： 材料属性的温度依赖性： 详细研究材料的弹性模量、热膨胀系数、导热系数等随温度的变化，以及这些变化如何影响接触力、接触区域和应力分布。 热膨胀与热应力： 温度场的变化会在材料内部产生热膨胀或收缩，进而产生热应力，这会改变原有的接触状态，甚至导致接触的产生或丧失。 温度对摩擦的影响： 高温可能降低摩擦系数，也可能改变摩擦的迟滞行为。 温度对接触表面形貌的影响： 长期的高温循环可能导致接触表面的形貌发生改变，影响后续的接触行为。 耦合方程组的求解： 耦合非线性方程的特性： 讨论了热-力耦合方程组的强非线性和耦合特性，这使得传统的线性求解方法失效。 迭代求解策略： 介绍多种迭代求解策略，如交替迭代法（先求解力学问题，再求解热学问题，如此循环）和联合迭代法（同时更新力学和热学变量）。 数值方法在耦合求解中的应用： 详细阐述了有限元法（FEM）、边界元法（BEM）等数值方法在求解耦合方程组中的具体实现方式，包括网格划分、单元选取、边界条件处理以及求解器的选择。 第四部分：非光滑接触热弹性体的动力学分析 本书的最后部分将聚焦于此类系统的动力学行为。 时域动力学方程： 建立完整的包含非光滑接触和热-力耦合的时域动力学方程组。 瞬态响应与稳定性分析： 冲击与振动： 分析接触体在外部激励下的瞬态响应，如碰撞、冲击载荷下的振动行为。 热驰豫与动态响应： 探讨温度场变化和力学响应之间的动态耦合，以及热驰豫过程对系统动力学的影响。 稳定性判据： 基于能量方法或线性稳定性分析，研究系统在不同工况下的稳定性，例如接触的失稳、热失控等。 振动模态分析： 讨论如何对非光滑接触的热弹性体进行模态分析，以及接触和温度场如何影响系统的固有频率和振型。 数值模拟与仿真： 数值算法的精度与效率： 深入探讨不同数值算法（如隐式积分、显式积分）在处理非光滑接触和强耦合问题时的精度、稳定性和计算效率。 大规模仿真： 介绍处理复杂几何和材料属性的大规模仿真的策略。 仿真结果的验证与解释： 强调实验验证的重要性，并指导读者如何解释仿真结果，理解复杂的力学和热学现象。 本书的创新点与贡献 本书的最大贡献在于将非光滑接触的力学建模、热弹性理论以及先进的数值求解方法有机地结合起来。我们不仅关注接触界面的几何和力学特性，更深入地揭示了热-力耦合效应在这些非光滑接触过程中的关键作用。通过提供严谨的理论框架和实用的数值方法，本书旨在： 填补理论空白： 解决目前在非光滑接触热弹性动力学领域存在的理论和方法上的不足。 提供实用工具： 为工程师和研究人员提供一套能够准确预测和分析复杂工程系统中非光滑接触热弹性体动力学行为的工具。 推动学科发展： 促进热弹性力学、接触力学、摩擦学以及计算力学等多个学科的交叉融合与共同发展。 目标读者 本书适合于对固体力学、材料力学、热力学、数值分析及相关工程领域有一定基础的研究生、博士后、科研人员和高级工程师。特别适合于从事以下领域的专业人士： 航空航天工程 汽车工程（如刹车系统、发动机部件） 机械设计与制造 材料科学与工程 生物医学工程（如关节假体、微流控器件） 土木工程（如结构接触分析） 地球物理学（如断层滑动） 学习成果 通过阅读本书，读者将能够： 深刻理解非光滑接触热弹性体的基本力学行为和影响因素。 掌握建立和分析此类系统动力学模型的数学和物理原理。 熟练运用先进的数值方法（特别是有限元法）来模拟和求解非光滑接触热弹性体的复杂问题。 具备分析和解释仿真结果的能力，并能够将其应用于实际工程设计与优化。 了解该领域的前沿研究方向和挑战。 本书力求以清晰的逻辑、详实的推导和丰富的图示，将深奥的理论转化为易于理解的知识，为读者提供一次全面深入的学习体验。

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