细观力学基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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张研，韩林 著

图书标签:

• 力学
• 基础
• 细观力学
• 微观力学
• 物理学
• 高等教育
• 教材
• 理论力学
• 经典力学
• 大学物理

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030403803

版次：1

商品编码：11494632

包装：平装

开本：16开

出版时间：2014-06-01

用纸：胶版纸

页数：223

字数：330000

正文语种：中文

内容简介

　　《细观力学基础》主要阐述细观力学的基本理论及方法。全书分为两篇，即固体细观力学和多孔介质细观力学。��
　　第一篇（一至五章）内容包括：细观力学的基本问题和研究方法；特征应变问题的求解方法，Eshelby问题的求解过程；材料有效性质的上下限的变分法，有效刚度的Voigt上限和Reuss下限，Hashin-Shtrikman变分法；复合材料的均匀化问题，基于点构形的近似方法，基于多相模型的近似方法；固体细观力学理论和方法的应用，预测纤维增强层合材料和热弹性材料的有效性质。第二篇（第六至十章）内容包括：多孔介质均匀化理论的数学基础；达西定律细观力学，将牛顿流体及非牛顿流体的状态方程均匀化得到宏观达西定律；菲克定律细观力学，基于菲克定律均匀化的离子传导问题；排水状态下的多孔介质细观力学方法；孔隙流体压力作用下的饱和多孔材料的有效特性。��
　　本书可供高等工科学校工程力学、材料科学以及土木、交通、采矿类专业的本科生、研究生，以及有关专业的研究人员和工程技术人员参考。

内页插图

目录

前言
第一篇 固体细观力学
第一章 绪论
1.1 基本概念
1.1.1 细观力学简介
1.1.2 材料的非均匀性和多重尺度
1.1.3 代表性体积单元（RVE）
1.1.4 符号的习惯用法
1.2 细观力学的研究方法
1.2.1 随机介质的数学描述
1.2.2 局部化
1.2.3 均匀化
第二章 特征应变理论
2.1 连续介质力学的基本方程
2.1.1 位移和变形
2.1.2 应力和平衡
2.1.3 能量、功和热力学势
2.1.4 本构律
2.1.5 小应变线弹性力学问题
2.1.6 弹性力学解答的积分表达式
2.2 特征应变
2.2.1 特征应变的定义
2.2.2 特征应变问题的解法
2.2.3 螺旋位错和边缘位错
2.3 Eshelby问题与等效夹杂理论
2.3.1 Eshelby问题
2.3.2 等效夹杂理论
2.3.3 具有均匀特征应变的夹杂问题
第三章 预测有效刚度和柔度的变分法
3.1 线弹性力学变分法
3.1.1 真实场和可能场
3.1.2 最小势能原理和最小余能原理
3.1.3 Voigt上限和Reuss下限
3.2 Hashin-Shtrikman变分法
3.2.1 Hashin-Shtrikman变分原理
3.2.2 Hashin-Shtrikman上下限
3.2.3 Hashin-Shtrikman变分法的讨论
第四章 细观力学的均匀化方法
4.1 基于点构形的近似方法
4.1.1 新的理论框架
4.1.2 稀疏法
4.1.3 Mori-Tanaka法
4.1.4 自洽法
4.1.5 微分法
……

第二篇 多孔介质细观力学
主要参考文献

前言/序言

深入探索材料的微观世界：晶体结构与形变行为 一部聚焦于材料微观本质与宏观力学响应的深度专著 本书旨在为读者构建一个坚实而精密的材料力学基础框架，其核心内容摒弃了对传统宏观力学概念的重复阐述，而是将视角聚焦于材料内部的原子排列、晶体缺陷及其在外部载荷作用下的动态演化。我们相信，唯有深刻理解材料的微观结构，方能真正掌握其宏观力学行为的内在机制。 第一部分：晶体学的基石——秩序与对称的构建 本部分是全书的理论起点，它构建了理解所有工程材料力学特性的微观几何基础。我们不将晶体结构视为一个简单的概念，而是作为一种高度有序的、具有特定对称性的原子排布模式。 第一章：空间点阵与晶体学基础 本章详尽阐述了晶格的概念，区别于晶体结构。我们从欧几里得空间中的无限重复性原则出发，系统介绍了布拉维点阵（Bravais Lattices）的十四种基本类型。重点分析了晶体学的基本矢量——晶向指数（Miller Indices）和晶面指数的确定方法及其在三维空间中的几何意义。不同于传统的简单介绍，本章引入了群论中的对称操作概念，阐释了晶体学中反演、旋转、滑移和螺旋轴等对称元素如何决定晶体的宏观可测物理性质，例如光学各向异性、导电性以及弹性模量的各向异性。 第二章：常见晶体结构的高精度解析 本章深入剖析了金属、陶瓷和半导体材料中最为典型的晶体结构。对于体心立方（BCC）、面心立方（FCC）和密堆积六方（HCP）结构，本书不仅提供了原子堆积密度和配位数的计算方法，更重要的是，利用朗之万函数和德拜模型对这些结构的零点能和晶格振动进行了初步的量子力学修正分析，解释了为什么某些晶体结构具有更高的塑性潜能。此外，对金刚石立方结构和钙钛矿结构（Perovskite）的复杂三维堆积模式进行了详细的几何分解，重点讨论了它们在受压状态下局部键角的畸变对整体稳定性的影响。 第三章：晶体中的非周期性——缺陷的形态学分类 晶体中的“不完美”是其力学特性多变的关键所在。本章将晶体缺陷分为零维、一维、二维和三维缺陷，并用精确的几何和能量学模型来描述它们。 点缺陷（零维）： 详细探讨了空位（Vacancy）与间隙原子（Interstitial）的热力学形成能，并引入了弗伦克尔缺陷和肖特基缺陷对的分析框架。我们计算了不同离子晶体中，点缺陷在电场梯度下的迁移激活能。 线缺陷（一维）： 重点分析了位错（Dislocation）的几何描述，即伯格斯矢量（Burgers Vector）的确定。我们严格区分了刃型、螺型和混合型位错，并引入了艾舍尔比（Ettringshausen）模型来计算位错核心的应力场分布，特别是其对周围晶格畸变的弹性应变能贡献。 面缺陷（二维）： 孪晶界（Twinning Boundaries）和晶界（Grain Boundaries）是本章的重点。通过晶界能的几何统计平均模型，解释了不同角度下的小角度晶界与大角度晶界在能量上的显著差异。特别关注了共面晶界（Coincidence Site Lattice, CSL）的形成及其对材料韧性的调控作用。 第二部分：缺陷驱动的塑性变形机制 本部分将理论基础转化为对宏观塑性行为的微观解释，核心在于揭示位错运动在材料永久形变中的核心地位。 第四章：位错运动与滑移系统的激活 本章超越了简单的“滑移平面”概念，转而深入研究了临界分切应力（CRSS）的物理意义。我们基于剪切模量和位错线能量，推导了位错在特定载荷下激活滑移所需的最小应力。详细分析了FCC、BCC和HCP材料中不同滑移系（Slip System）的几何判定准则，并解释了为什么HCP材料在低温下表现出极差的塑性。本章还引入了Schmid因子（Schmid Factor）的精确计算，并将其与宏观拉伸实验结果进行对比分析，量化了晶粒取向对方块效应（Twinning vs Slip）的影响。 第五章：位错的交互作用与形变强化机理 塑性变形的持续性依赖于位错之间的相互作用。本章系统考察了位错塞积（Pile-up）、位错墙（Dislocation Wall）的形成过程。我们利用应变场叠加原理，量化了单个位错对另一个位错施加的弓张力（Line Tension），并据此推导出泰勒因子（Taylor Factor）的晶体学起源。随后，深入探讨了加工硬化（Work Hardening）的微观机制，区分了位错交割（Dislocation Cross-slip）和位错缠结（Entanglement）在不同晶体系统中的主导作用。 第六章：固溶强化、沉淀强化与晶粒细化效应 本章侧重于如何通过引入第二相粒子或杂质原子来有效阻碍位错运动，实现材料强度的提高。 固溶强化： 分析了溶质原子（如碳在铁中）产生的皮埃尔-贝尼尔（Peierls-Nabarro）应力场，并计算了这些弹性应力场对位错运动的钉扎作用。 沉淀强化： 详细区分了位错绕过（Orowan绕过机制）和位错切穿（Shearing Mechanism）两种强化模式。通过计算Orowan循环的临界应力，解释了沉淀物尺寸、体积分数与强化效果之间的非线性关系。 晶粒细化： 引入了Hall-Petch关系的微观推导，强调晶界作为位错源和位错阻碍界面的双重作用。我们通过几何分析，阐明了细小晶粒如何通过增加晶界密度来提高材料的屈服强度。 第三部分：非经典变形模式与断裂的萌芽 本部分将讨论超越传统滑移的特殊变形机制，以及材料失效的初始微观事件。 第七章：非滑移变形：孪生、蠕变与扩散 当滑移被抑制或温度条件改变时，材料会启动其他变形路径。本章重点解析了孪晶（Twinning）作为一种应变率敏感的塑性机制，特别是在HCP和BCC材料中。对于高温过程，详细分析了Nabarro-Herring蠕变和科伯（Coble）蠕变的扩散机制，将扩散系数与晶格缺陷的迁移率直接关联起来。 第八章：疲劳的萌芽与累积损伤 疲劳被视为从微观尺度开始的损伤累积过程。本章聚焦于初始的表面塑性微裂纹（Microcrack）的形成。我们引入了循环塑性（Cyclic Plasticity）的概念，解释了内摩擦和迟滞回线（Hysteresis Loop）的物理根源。重点分析了塑性应变局域化（Persistent Slip Bands, PSB）的形成，以及这些PSB如何通过重复拉伸和压缩转化为表面形貌的“之”字形凹槽（Extrusion/Intrusion），最终成为裂纹萌生的核心区域。 第九章：脆性断裂的微观判据 本书最后一部分探讨了在低应变率或低温下，晶体材料如何发生脆性断裂。我们从能量学的角度重新审视了Griffith裂纹扩展理论，并将其修正到考虑晶格能和表面能的微观模型中。详细分析了晶体材料中解理断裂（Cleavage Fracture）的条件，特别是当裂纹沿着特定低密堆积晶面扩展时，所需克服的键合能阈值。对于穿晶断裂和沿晶界断裂的差异，我们用晶界能与晶面能的对比关系进行了量化解释。 结语 本书通过对晶体结构、缺陷运动、强化机制和初始失效的层层深入分析，为读者提供了一个从原子尺度到宏观力学行为的完整、自洽的理论体系。它要求读者具备扎实的线性代数和微积分基础，目标是培养新一代能够基于材料微观结构来设计和预测材料性能的工程师与科学家。

评分☆☆☆☆☆

这本书的文字风格，说实话，有点像一位学识渊博但又略显古板的导师在授课。它没有太多花哨的修辞或引人入胜的“故事性”，而是直截了当地阐述原理和公式。我尤其关注了其中关于“线弹性理论”的章节。作者对于本构关系（Constitutive Relations）的介绍，几乎完全基于热力学平衡和能量守恒的公理，推导过程一丝不苟，几乎没有跳跃性的步骤。对我这个习惯了快速浏览摘要和结论的人来说，开始时确实有些挑战，因为它要求你必须跟上作者的每一个逻辑链条。但坚持读完后，我发现这种严苛的逻辑性带来的回报是巨大的——我对为什么选择特定的本构方程，而不是其他形式的方程，有了更深层次的理解，不再满足于仅仅“记住”公式本身。书中的习题设置也很有特色，大多是理论推导性质的，很少有直接套用公式的计算题，这迫使读者必须真正掌握背后的物理内涵才能解答。总体而言，这是一本需要慢品、细嚼的“学术硬菜”。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计得很有现代感，深蓝色的背景配上简洁的白色和金色字体，给人一种严谨又专业的印象。我本来是想找一本偏向应用力学的书，结果翻开这本书发现，它对基础概念的讲解非常扎实，几乎是从零开始构建体系的。比如，书中对“应力”和“应变”的定义，以及它们之间关系的推导过程，写得极其细致，每一个数学步骤都清晰可见。我特别欣赏作者在引入张量概念时采取的渐进式教学方法，没有一开始就抛出复杂的数学形式，而是通过实际的物理场景来启发读者理解其几何意义。这种由浅入深的叙述方式，对于初学者来说无疑是一剂强心针，它消除了我对高等材料力学中抽象概念的畏惧感。而且，书中的插图质量非常高，不仅清晰美观，更重要的是，每一张图都准确地传达了物理过程或几何关系，很少出现那种为了美观而牺牲信息量的“花架子”图。读起来感觉作者确实是站在一个初学者的角度去构思内容的编排，处处体现着对读者的尊重和耐心，让人愿意沉下心来，一步一个脚印地去钻研。

评分☆☆☆☆☆

这本书的特色在于它对“材料各向异性”的处理态度。很多入门教材往往将材料简化为各向同性，但在本书中，作者很早就引入了正交各向异性（Orthotropic）的概念，并且系统地阐述了如何在不同坐标系之间进行张量变换。我当时在研究复合材料结构时，一直对如何正确地转换刚度矩阵感到困惑，而这本书通过详尽的旋转矩阵推导和具体的数值例子，彻底解开了我的疑惑。它没有回避这些繁琐的数学操作，而是将其视为理解各向异性物理效应的关键步骤。这一点上，作者的勇气和深度都值得称赞。唯一的遗憾是，由于篇幅所限，书中对高级分析方法，比如能量法在复杂结构上的应用，只是点到为止，没有展开深入的探讨。如果能增加一到两个关于能量泛函极小化在确定平衡态中应用的详细实例，这本书的完整性会更上一层楼。总体而言，它在基础理论的深度挖掘上，绝对是同类书籍中的佼佼者。

评分☆☆☆☆☆

坦白地说，这本书的排版和字体选择，让我想起上世纪八九十年代的经典力学教材，带着一种扎实的年代感。纸张的质地很不错，拿在手里有分量，但内页的留白处理得稍微有些保守，导致一些长公式占满了整行，视觉上略显拥挤。书中收录的案例分析部分，着重于经典的梁、柱、薄壁结构在静载荷下的响应，对于理解基本变形模式非常有效。我特别赞赏作者在讲解“欧拉-伯努利梁理论”时，如何清晰地区分“剪切变形”和“弯曲变形”对总挠度的贡献，并且对“小变形假设”的适用范围做了非常谨慎的讨论。然而，书中对于现代工程中常见的非线性问题，比如大变形或者材料的塑性行为，涉及得相对较少，似乎更侧重于为后续更高级的课程打下纯粹的理论基础。这使得它更像是一部面向理论物理或机械设计初期理论学习的教材，对于需要立刻解决复杂工程问题的读者来说，可能需要配合其他更偏向数值模拟或实验验证的参考资料。

评分☆☆☆☆☆

从阅读体验上来说，这本书的“可读性”是分层次的。初读时，你会感到它的语流非常书面化，句式结构偏长，充满了技术术语的精确定义，这使得快速理解有些困难，需要反复回溯。但当你克服了初期的阅读障碍后，你会发现作者在知识点的组织上极具匠心。比如，在讨论位移法和应力法的等价性时，作者巧妙地运用了虚功原理作为桥梁，将原本看似平行的两条分析路径统一起来，这个结构性的洞察非常精妙，展现了深厚的学术功底。这本书更像是工具箱而不是菜谱，它提供了构建和理解力学模型的坚固基石，而不是直接给出解决特定问题的步骤清单。对于那些希望未来从事理论研究或者需要扎实基础来应对研究生阶段课程学习的读者来说，这本书是极具价值的投资。它教会的不是“如何计算”，而是“为什么这样计算是正确的”。

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