Phase-Field Methods in Materials Science and Engineering pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

出版者:Wiley-VCH

作者:Nikolas Provatas

出品人:

页数:312

译者:

出版时间:2010-12-14

价格:USD 130.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9783527407477

丛书系列:

图书标签:

• 相场
• 模拟
• 材料学计算
• 23
• Phase-Field Methods
• Materials Science
• Materials Engineering
• Computational Materials Science
• Phase Transformations
• Microstructure Modeling
• Continuum Mechanics
• Numerical Methods
• Materials Physics
• Interface Kinetics

材料科学与工程中的相场方法 本书导论：从微观尺度到宏观现象的桥梁 本书旨在为材料科学家、工程师以及从事计算物理和材料模拟的研究人员提供一套系统且深入的理论框架和实践指南，专注于材料科学与工程领域中相场方法（Phase-Field Methods）的应用。相场方法作为一种强大的多尺度模拟工具，能够捕捉材料在相变、微观结构演化以及界面动力学等复杂过程中的非平衡行为。本书的结构旨在引导读者从基本的数学和物理原理出发，逐步深入到高级的数值实现和前沿的研究课题。 第一部分：相场理论基础与热力学背景 本部分将奠定读者理解相场方法所需的核心理论基础。我们将从热力学和动力学的角度，详细阐述相场变量的引入及其物理意义。 第一章：非平衡相变与自由能泛函 1.1 晶体学与结构不连续性： 讨论材料中相变（如固-液、固-固、磁性、电学相变）的本质。重点分析传统吉布斯自由能理论在描述界面区域和非平衡过渡阶段时的局限性。 1.2 引入相场变量 ($eta$)： 详述如何通过一个或多个连续的、描述系统局部有序程度的场量来替代离散的相指示函数。讨论相场变量在两相界面处的梯度和局部取值所蕴含的物理信息，如化学成分、晶体取向、位错密度等。 1.3 密度泛函理论与相场： 建立相场理论与统计力学基础之间的联系。推导系统总自由能泛函 $F[eta]$ 的通用形式，包括体相自由能项、梯度能量项（描述界面能）和可能的耦合项。 1.4 界面能与有效曲率： 深入分析梯度项对界面结构和能量的贡献。探讨如何利用相场模型精确计算界面张力、界面宽度以及界面曲率对相变驱动力的影响，这对于理解液滴的成核与粗化至关重要。 第二章：相场演化方程的推导 2.1 动力学原理： 基于最小能量耗散原理（或 Onsager 关系），推导驱动相场演化的演化方程。重点介绍弛豫时间尺度对模型选择的影响。 2.2 经典的 Cahn-Hilliard 方程： 详细推导和分析在恒定体积或化学势驱动下，描述成分扩散和相分离过程的 Cahn-Hilliard 方程。讨论其线性与非线性特性，以及在扩散控制过程中的应用，例如合金的析出现象。 2.3 描述形貌演化的 Allen-Cahn 方程： 阐述 Allen-Cahn 方程在线性形貌演化（如晶界迁移）中的应用。讨论其与热力学驱动力的关系，以及在描述晶体塑性相变或磁畴演化中的适用性。 2.4 耦合方程系统： 介绍将相场方程与其他物理场（如质量守恒、动量守恒、热传导）耦合的必要性，为后续研究复杂材料行为打下基础。 第二部分：数值实现与计算技术 相场模型的强大依赖于高效稳定的数值求解器。本部分聚焦于将连续的偏微分方程转化为可计算的离散形式，并探讨处理非线性和高维问题的关键技术。 第三章：有限差分法与网格策略 3.1 离散化基础： 介绍有限差分法（FDM）在离散化相场方程中的应用。重点讨论空间导数（尤其是四阶导数，如 Cahn-Hilliard 方程中的拉普拉斯项的二次应用）的近似精度与稳定性要求。 3.2 时间积分方案： 分析显式、隐式以及半隐式时间推进方案的适用性。特别关注处理相场方程中高能项（如梯度项）的稳定性问题，详细介绍如 Crank-Nicolson 方法或更先进的隐式方法在确保长期模拟稳定性中的作用。 3.3 周期性边界条件与网格适应性： 讨论在模拟块状材料演化中周期性边界条件（PBC）的设置与影响。引入非均匀网格技术（Adaptive Mesh Refinement, AMR）在关注高梯度区域（如尖锐界面）时的优势，以平衡计算效率和精度。 第四章：谱方法与快速傅里叶变换 4.1 谱方法的优势： 阐述利用傅里叶空间（波数空间）求解线性偏微分方程的优势，特别是对于周期性边界条件下的 Cahn-Hilliard 方程。 4.2 快速傅里叶变换（FFT）的应用： 详细介绍如何利用 FFT 高效计算空间导数项和梯度能量项。讨论如何将非线性项与线性项分离，实现高效的半隐式时间积分（如 Spectral Cahn-Hilliard 方法）。 4.3 局部化与非局部性处理： 探讨如何处理包含非局部项的演化方程，并对比 FFT 方法与其他局部化近似方法的性能差异。 第三部分：相场在特定材料过程中的应用 本部分将深入探讨相场方法在解决材料科学与工程中关键科学问题的具体案例，展示其多功能性。 第五章：凝固与晶体生长 5.1 热力学与动力学耦合： 讨论如何将相场变量与温度场 $T$ 进行耦合，构建描述合金凝固过程的复杂模型（如包含了成分扩散和热传导的自由凝固模型）。 5.2 界面演化与晶体形貌： 应用相场方法模拟枝晶（Dendrite）的形成、生长以及界面粗化现象。分析界面迁移率与局部过冷度的依赖关系，精确预测枝晶的初级和次级分支角度。 5.3 晶粒组织控制： 模拟多晶材料的凝固过程，研究晶粒成核、竞争性生长和晶界迁移（Grain Boundary Motion）。通过相场变量的取向分量，模拟晶粒间的界面能各向异性对最终微观组织的影响。 第六章：材料缺陷的演化与塑性 6.1 位错与塑性相场： 介绍将相场变量扩展到描述晶体塑性领域。定义描述位错密度或塑性应变演化的相场变量。 6.2 模拟裂纹扩展与断裂： 利用相场方法处理材料断裂问题，将断裂过程视为一个连续的、可逆的“软相变”。推导和应用描述裂纹萌生、扩展和分支的相场模型（如 Scalar or Vector Phase-Field Fracture Models）。重点讨论断裂过程中的能量耗散机制。 6.3 晶界工程： 应用相场模拟研究高角度晶界（HAGBs）和低角度晶界（LAGBs）的迁移动力学，及其在材料高性能化（如高温蠕变抗性）中的作用。 第七章：多场耦合与先进材料 7.1 铁电与铁磁材料中的畴结构： 讨论如何引入电极化 $mathbf{P}$ 或磁化 $mathbf{M}$ 作为相场变量，模拟铁电材料中的电畴形貌演化和铁磁材料中的磁畴壁（Domain Wall）运动。分析退磁能和弹性应力对畴结构的影响。 7.2 复合材料的微观结构形成： 模拟两种或多种材料在制备过程中的相分离和共存，例如液滴在基体中的均匀分散。 7.3 扩散与反应： 将化学反应动力学纳入相场框架，用于模拟固态反应、界面扩散反应等复杂过程，例如氧化皮的生长和界面反应层的形成。 总结与展望 本书最后将对相场方法的优势和局限性进行总结。重点指出当前研究的热点和未来挑战，包括如何有效处理高阶相场方程的尺度问题、如何将量子效应和更精细的微观机制引入相场理论，以及如何将相场方法与其他尺度模拟（如分子动力学、密度泛函理论）进行有效连接，构建真正多尺度的材料设计平台。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

这本书，仅仅从标题就可以预见到其内容的厚重与专业。我拿到这本书时，脑海中浮现的是一本能够系统性地解析相场方法在材料科学与工程领域应用的权威著作。我期待它能够深入阐述相场法的数学基础，包括微分方程的推导、泛函的构建以及数值求解的技巧。我猜想，书中会详细介绍各种经典的相场模型，例如描述晶粒生长、相分离、裂纹萌生的模型，并对其物理含义和适用范围进行深入的分析。对我而言，这本书最吸引人的地方在于它能够将抽象的数学理论与具体的材料现象联系起来。我希望能够从中学习到如何利用相场法来模拟和预测材料在不同条件下的微观结构演化，例如合金的凝固过程、聚合物的微相分离、以及陶瓷材料的烧结过程。我甚至可以想象，书中会包含一些关于相场法在实际工程问题中的应用案例，比如在新材料的设计与优化、以及失效分析等方面，这将极大地提升我对相场法应用价值的认识。

评分☆☆☆☆☆

当我拿到这本书，我的第一感觉是它将是一次关于复杂材料现象模拟的深度探索。书名中的“Phase-Field Methods”表明了其核心技术，而“Materials Science and Engineering”则勾勒出了其应用领域。我设想，这本书会非常系统地阐述相场法的理论基础，从最初的数学模型构建，到描述材料微观结构演化的物理原理，再到各种数值算法的应用。我期待书中能够详细解释相场方程的推导过程，以及如何通过调整自由能函数来模拟不同的材料行为，例如晶粒生长、相变动力学、裂纹扩展等。对我来说，这本书最吸引人的地方在于它能够将抽象的数学模型转化为对真实世界材料问题的解答。我希望从中学习到如何利用相场法来预测材料在不同条件下的性能变化，以及如何通过数值模拟来指导实验研究和材料设计。我甚至可以想象，书中会包含一些关于相场法在实际工程问题中的应用案例，比如在航空航天、能源、生物医学等领域的应用，这将极大地提升我对相场法应用价值的认识。

评分☆☆☆☆☆

初次拿到这本书，我的脑海中立即勾勒出一幅严谨而深刻的学术画卷。书名“Phase-Field Methods in Materials Science and Engineering”就足以说明其内容的前沿性和实用性。我预计，这本书会带领我深入了解相场法这一强大的数值模拟工具，理解其背后深刻的数学原理和物理意义。我期待它能够从最基础的数学概念讲起，例如泛函分析、变分原理等，然后逐步过渡到相场方程的构建，包括如何定义相场变量，以及如何将其与材料的自由能、化学势、形变等物理量联系起来。我想象，书中会花费大量的篇幅来讲解相场模型如何描述材料内部的微观结构演化，比如晶粒生长、相变动力学、裂纹萌生与扩展，甚至多相材料的微观结构形成等过程。对于我这样一个希望在材料模拟领域深入研究的人来说，这本书无疑是一份无价之宝，它能够为我提供坚实的理论基础和丰富的应用指导，帮助我解决实际的材料科学与工程问题。

评分☆☆☆☆☆

当我拿到这本书，我的第一反应是：“这绝对不是一本轻易能看完的书。”它的厚重感和学术化的标题，预示着它将是一场深入的知识探索。我设想，这本书会非常系统地介绍相场法的理论基础，从最核心的数学概念开始，一步步构建起复杂的模型。我期待它能够详细讲解相场方程的推导过程，以及相场变量如何与材料的物理属性，如自由能、化学势、形变等建立联系。这对我来说是至关重要的，因为只有真正理解了背后的数学原理，才能更灵活地运用相场法解决实际问题。我甚至可以想象，书中会包含一些关于数值离散化和算法实现的章节，因为相场法的应用离不开高效的计算方法。对于我这样一个希望在材料模拟领域有所建树的人来说，这本书就像一个宝库，里面蕴藏着解决复杂材料问题的关键钥匙。我渴望从中学习如何构建适用于特定材料体系的相场模型，如何设置边界条件和初始条件，以及如何解释模拟结果。我相信，这本书将极大地拓展我对材料微观世界理解的深度和广度。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本书，我首先被它扎实的理论体系所吸引。这本书的名字本身就暗示了其内容的深度和广度，尤其是在“Materials Science and Engineering”这个应用领域。我预计，这本书不会仅仅停留在概念的介绍，而是会深入到相场方法在解决实际材料问题时的具体应用。我希望书中能够包含大量的案例研究，比如在合金的相变动力学模拟中，相场法是如何精确描述晶界迁移和析出相的生长过程；在聚合物材料的微相分离过程中，相场法又如何能够捕捉到复杂的微观形貌；甚至在陶瓷材料的烧结过程模拟中，相场法能否有效地预测宏观性能的演变。我猜想，书中会详细阐述如何根据不同的材料体系和研究目的，选择合适的相场模型，并对其进行参数化。这其中必然涉及到如何从实验数据中提取模型参数，以及如何验证模拟结果的准确性。对我而言，这本书最吸引人的地方在于其连接理论与实践的能力，它能够将抽象的数学模型与具体的工程问题紧密地联系起来，为材料工程师提供强大的分析工具。我渴望从中学习到如何利用相场法来指导新材料的设计和优化，从而推动材料科学的进步。

评分☆☆☆☆☆

当我翻开这本书的扉页，我 immediately 被其庞大的篇幅和密集的公式所震撼。这绝对不是一本可以随意浏览的书籍，它需要的是一种全身心投入的学习态度。我预感，这本书会像一位严谨的导师，循序渐进地引导我进入相场方法的复杂世界。我期待它能从最基础的数学原理讲起，逐步引入相场变量的概念，以及它们如何代表材料的微观相态。我想象，书中会花费大量的篇幅来解释相场方程的推导过程，这其中必然涉及到变分原理、泛函分析等高深的数学工具。对于一个非数学专业背景的研究者来说，这部分内容可能会是一个巨大的挑战，但同时也是我最渴望深入了解的部分，因为理解这些数学基础是真正掌握相场法的关键。我甚至可以想象，书中会穿插一些图示，以直观的方式展示相场变量如何在空间上分布，以及它们如何随时间演化，从而形成各种微观结构。我想，这本书不仅仅是在讲述一个数值方法，它更是在揭示材料内部的“生命”迹象，通过数学的语言来描述物质的内在变化。我迫切地想要知道，这本书是如何将抽象的数学概念转化为对具体材料现象的模拟和预测的，这其中的联系和桥梁，是我最为好奇的。

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题，"Phase-Field Methods in Materials Science and Engineering"，本身就给我一种沉甸甸的学术气息，预示着它将深入探讨一个在材料科学和工程领域日益重要的数值模拟技术。我拿到这本书时，脑海中涌现的第一个念头是，这绝不是一本浅尝辄止的入门读物，而是那种需要你投入大量时间和精力去啃读，才能真正领悟其精髓的著作。我设想，书中肯定会详尽地阐述相场法的基本理论框架，包括其数学基础，如微分方程的推导，以及与自由能密度、形变、表面张力等物理概念的联系。我想象它会深入剖析相场方程是如何描述材料内部微观结构的演化，比如晶粒生长、相变、裂纹萌生和扩展，以及多相材料的微观结构形成等复杂过程。对于那些希望在材料模拟领域进行前沿研究的学者和工程师来说，这本书无疑是一份宝藏，它能够提供坚实的理论指导和丰富的应用案例，帮助他们解决实际工程问题，或者探索新的材料设计思路。我甚至可以想象，书中会包含一些经典的相场模型，并对其进行详细的解析，让你明白这些模型的物理意义和适用范围。或许，它还会提及一些更高级的话题，例如耦合场问题，比如热-力-相场耦合，这将进一步拓宽相场法在材料科学中的应用边界。这本书的严谨性和深度，让我对其充满了期待，我相信它能够为我打开一扇通往更深层次材料理解的大门。

评分☆☆☆☆☆

当我第一次接触到这本书的标题，"Phase-Field Methods in Materials Science and Engineering"，我立刻意识到，这并非一本轻松的读物，而是一次深入探索材料科学与工程领域前沿模拟技术的旅程。我预感，书中会以严谨的学术态度，系统地介绍相场法的基本原理和核心概念。我期待它能够从相场法在理解和模拟材料微观结构演化方面的作用讲起，详细阐述其数学框架，包括如何通过相场变量来描述相的分布和界面的存在。我甚至可以想象，书中会深入探讨相场方程的推导过程，解释其与自由能密度、形变、迁移率等物理量的内在联系。对于那些希望在材料模拟领域进行深入研究的学者和工程师来说，这本书无疑是一份宝贵的资源，它能够为他们提供坚实的理论基础，并指导他们解决各种复杂的材料科学问题。我渴望从中学习到如何利用相场法来理解和预测材料在各种条件下（如温度、应力、化学环境等）的行为，从而为新材料的设计和工程应用提供有力的支持。

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题，"Phase-Field Methods in Materials Science and Engineering"，本身就透露出一种深度和专业性。我拿到这本书时，脑海中立刻浮现出它将如何细致入微地讲解相场法的核心概念。我预计，书中会从相场法是如何起源于连续介质力学和统计物理学讲起，逐步引入相场变量的概念，以及这些变量如何表示材料内部的相分布和微观结构。我期待它能详尽地解释相场方程的推导过程，包括泛函变分、梯度下降等数学工具的应用，并且会深入分析相场模型中的自由能密度函数是如何构建的，以及它如何影响相分离和相变的驱动力。对于希望在材料科学领域进行研究的学者和工程师来说，这本书无疑是一份宝贵的财富，它能够帮助他们深入理解材料微观结构的演化机制，从而设计和优化具有特定性能的新材料。我甚至可以想象，书中会包含一些关于相场法在不同材料体系中应用的具体案例，例如在合金的凝固过程、高分子材料的微观相分离、以及陶瓷材料的烧结过程中的模拟。这本书的严谨性和理论深度，让我对其充满了期待，我相信它能够为我打开一扇通往更深层次材料理解的大门。

评分☆☆☆☆☆

这本书，光是看标题，就让我感受到一股扑面而来的严谨学术气息，以及它在材料科学和工程领域所扮演的关键角色。我脑海中浮现的，是一本汇集了最新研究成果和理论精髓的著作。我期待它能够系统地梳理相场法的起源和发展脉络，从早期的模型到如今更为复杂的耦合模型。我想象，书中会详细介绍各种经典的相场模型，比如Cahn-Hilliard方程、Ginzburg-Landau方程等，并对其数学形式、物理意义以及适用的材料体系进行深入的分析。更重要的是，我希望它能够展现相场法在解决各种材料科学问题中的强大能力，例如，在描述多晶材料的晶粒生长过程中，相场法是如何处理晶界迁移的复杂动力学；在模拟合金的相分解过程中，相场法又如何能够准确预测相界面的演化和微观结构的形成。对于那些希望深入理解材料微观结构演化机制，并将其与宏观性能联系起来的研究者而言，这本书无疑是一本不可或缺的参考书。我期待它能为我提供一个坚实的理论基础，并指引我探索相场法在材料科学前沿领域的应用。

评分☆☆☆☆☆

采用了一个很奇怪的顺序？……

评分☆☆☆☆☆

采用了一个很奇怪的顺序？……

评分☆☆☆☆☆

以凝固为主的相场模拟教程，附录有摄动分析，总的来说很不错 有些内容对初学者来说意义不大 此外有些小错误

评分☆☆☆☆☆

采用了一个很奇怪的顺序？……

评分☆☆☆☆☆

以凝固为主的相场模拟教程，附录有摄动分析，总的来说很不错 有些内容对初学者来说意义不大 此外有些小错误