細觀力學基礎 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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張研，韓林 著

圖書標籤:

• 力學
• 基礎
• 細觀力學
• 微觀力學
• 物理學
• 高等教育
• 教材
• 理論力學
• 經典力學
• 大學物理

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030403803

版次：1

商品編碼：11494632

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2014-06-01

用紙：膠版紙

頁數：223

字數：330000

正文語種：中文

內容簡介

　　《細觀力學基礎》主要闡述細觀力學的基本理論及方法。全書分為兩篇，即固體細觀力學和多孔介質細觀力學。��
　　第一篇（一至五章）內容包括：細觀力學的基本問題和研究方法；特徵應變問題的求解方法，Eshelby問題的求解過程；材料有效性質的上下限的變分法，有效剛度的Voigt上限和Reuss下限，Hashin-Shtrikman變分法；復閤材料的均勻化問題，基於點構形的近似方法，基於多相模型的近似方法；固體細觀力學理論和方法的應用，預測縴維增強層閤材料和熱彈性材料的有效性質。第二篇（第六至十章）內容包括：多孔介質均勻化理論的數學基礎；達西定律細觀力學，將牛頓流體及非牛頓流體的狀態方程均勻化得到宏觀達西定律；菲剋定律細觀力學，基於菲剋定律均勻化的離子傳導問題；排水狀態下的多孔介質細觀力學方法；孔隙流體壓力作用下的飽和多孔材料的有效特性。��
　　本書可供高等工科學校工程力學、材料科學以及土木、交通、采礦類專業的本科生、研究生，以及有關專業的研究人員和工程技術人員參考。

內頁插圖

目錄

前言
第一篇 固體細觀力學
第一章 緒論
1.1 基本概念
1.1.1 細觀力學簡介
1.1.2 材料的非均勻性和多重尺度
1.1.3 代錶性體積單元（RVE）
1.1.4 符號的習慣用法
1.2 細觀力學的研究方法
1.2.1 隨機介質的數學描述
1.2.2 局部化
1.2.3 均勻化
第二章 特徵應變理論
2.1 連續介質力學的基本方程
2.1.1 位移和變形
2.1.2 應力和平衡
2.1.3 能量、功和熱力學勢
2.1.4 本構律
2.1.5 小應變綫彈性力學問題
2.1.6 彈性力學解答的積分錶達式
2.2 特徵應變
2.2.1 特徵應變的定義
2.2.2 特徵應變問題的解法
2.2.3 螺鏇位錯和邊緣位錯
2.3 Eshelby問題與等效夾雜理論
2.3.1 Eshelby問題
2.3.2 等效夾雜理論
2.3.3 具有均勻特徵應變的夾雜問題
第三章 預測有效剛度和柔度的變分法
3.1 綫彈性力學變分法
3.1.1 真實場和可能場
3.1.2 最小勢能原理和最小餘能原理
3.1.3 Voigt上限和Reuss下限
3.2 Hashin-Shtrikman變分法
3.2.1 Hashin-Shtrikman變分原理
3.2.2 Hashin-Shtrikman上下限
3.2.3 Hashin-Shtrikman變分法的討論
第四章 細觀力學的均勻化方法
4.1 基於點構形的近似方法
4.1.1 新的理論框架
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 多孔介質細觀力學
主要參考文獻

前言/序言

深入探索材料的微觀世界：晶體結構與形變行為 一部聚焦於材料微觀本質與宏觀力學響應的深度專著 本書旨在為讀者構建一個堅實而精密的材料力學基礎框架，其核心內容摒棄瞭對傳統宏觀力學概念的重復闡述，而是將視角聚焦於材料內部的原子排列、晶體缺陷及其在外部載荷作用下的動態演化。我們相信，唯有深刻理解材料的微觀結構，方能真正掌握其宏觀力學行為的內在機製。 第一部分：晶體學的基石——秩序與對稱的構建 本部分是全書的理論起點，它構建瞭理解所有工程材料力學特性的微觀幾何基礎。我們不將晶體結構視為一個簡單的概念，而是作為一種高度有序的、具有特定對稱性的原子排布模式。 第一章：空間點陣與晶體學基礎 本章詳盡闡述瞭晶格的概念，區彆於晶體結構。我們從歐幾裏得空間中的無限重復性原則齣發，係統介紹瞭布拉維點陣（Bravais Lattices）的十四種基本類型。重點分析瞭晶體學的基本矢量——晶嚮指數（Miller Indices）和晶麵指數的確定方法及其在三維空間中的幾何意義。不同於傳統的簡單介紹，本章引入瞭群論中的對稱操作概念，闡釋瞭晶體學中反演、鏇轉、滑移和螺鏇軸等對稱元素如何決定晶體的宏觀可測物理性質，例如光學各嚮異性、導電性以及彈性模量的各嚮異性。 第二章：常見晶體結構的高精度解析 本章深入剖析瞭金屬、陶瓷和半導體材料中最為典型的晶體結構。對於體心立方（BCC）、麵心立方（FCC）和密堆積六方（HCP）結構，本書不僅提供瞭原子堆積密度和配位數的計算方法，更重要的是，利用朗之萬函數和德拜模型對這些結構的零點能和晶格振動進行瞭初步的量子力學修正分析，解釋瞭為什麼某些晶體結構具有更高的塑性潛能。此外，對金剛石立方結構和鈣鈦礦結構（Perovskite）的復雜三維堆積模式進行瞭詳細的幾何分解，重點討論瞭它們在受壓狀態下局部鍵角的畸變對整體穩定性的影響。 第三章：晶體中的非周期性——缺陷的形態學分類 晶體中的“不完美”是其力學特性多變的關鍵所在。本章將晶體缺陷分為零維、一維、二維和三維缺陷，並用精確的幾何和能量學模型來描述它們。 點缺陷（零維）： 詳細探討瞭空位（Vacancy）與間隙原子（Interstitial）的熱力學形成能，並引入瞭弗倫剋爾缺陷和肖特基缺陷對的分析框架。我們計算瞭不同離子晶體中，點缺陷在電場梯度下的遷移激活能。 綫缺陷（一維）： 重點分析瞭位錯（Dislocation）的幾何描述，即伯格斯矢量（Burgers Vector）的確定。我們嚴格區分瞭刃型、螺型和混閤型位錯，並引入瞭艾捨爾比（Ettringshausen）模型來計算位錯核心的應力場分布，特彆是其對周圍晶格畸變的彈性應變能貢獻。 麵缺陷（二維）： 孿晶界（Twinning Boundaries）和晶界（Grain Boundaries）是本章的重點。通過晶界能的幾何統計平均模型，解釋瞭不同角度下的小角度晶界與大角度晶界在能量上的顯著差異。特彆關注瞭共麵晶界（Coincidence Site Lattice, CSL）的形成及其對材料韌性的調控作用。 第二部分：缺陷驅動的塑性變形機製 本部分將理論基礎轉化為對宏觀塑性行為的微觀解釋，核心在於揭示位錯運動在材料永久形變中的核心地位。 第四章：位錯運動與滑移係統的激活 本章超越瞭簡單的“滑移平麵”概念，轉而深入研究瞭臨界分切應力（CRSS）的物理意義。我們基於剪切模量和位錯綫能量，推導瞭位錯在特定載荷下激活滑移所需的最小應力。詳細分析瞭FCC、BCC和HCP材料中不同滑移係（Slip System）的幾何判定準則，並解釋瞭為什麼HCP材料在低溫下錶現齣極差的塑性。本章還引入瞭Schmid因子（Schmid Factor）的精確計算，並將其與宏觀拉伸實驗結果進行對比分析，量化瞭晶粒取嚮對方塊效應（Twinning vs Slip）的影響。 第五章：位錯的交互作用與形變強化機理 塑性變形的持續性依賴於位錯之間的相互作用。本章係統考察瞭位錯塞積（Pile-up）、位錯牆（Dislocation Wall）的形成過程。我們利用應變場疊加原理，量化瞭單個位錯對另一個位錯施加的弓張力（Line Tension），並據此推導齣泰勒因子（Taylor Factor）的晶體學起源。隨後，深入探討瞭加工硬化（Work Hardening）的微觀機製，區分瞭位錯交割（Dislocation Cross-slip）和位錯纏結（Entanglement）在不同晶體係統中的主導作用。 第六章：固溶強化、沉澱強化與晶粒細化效應 本章側重於如何通過引入第二相粒子或雜質原子來有效阻礙位錯運動，實現材料強度的提高。 固溶強化： 分析瞭溶質原子（如碳在鐵中）産生的皮埃爾-貝尼爾（Peierls-Nabarro）應力場，並計算瞭這些彈性應力場對位錯運動的釘紮作用。 沉澱強化： 詳細區分瞭位錯繞過（Orowan繞過機製）和位錯切穿（Shearing Mechanism）兩種強化模式。通過計算Orowan循環的臨界應力，解釋瞭沉澱物尺寸、體積分數與強化效果之間的非綫性關係。 晶粒細化： 引入瞭Hall-Petch關係的微觀推導，強調晶界作為位錯源和位錯阻礙界麵的雙重作用。我們通過幾何分析，闡明瞭細小晶粒如何通過增加晶界密度來提高材料的屈服強度。 第三部分：非經典變形模式與斷裂的萌芽 本部分將討論超越傳統滑移的特殊變形機製，以及材料失效的初始微觀事件。 第七章：非滑移變形：孿生、蠕變與擴散 當滑移被抑製或溫度條件改變時，材料會啓動其他變形路徑。本章重點解析瞭孿晶（Twinning）作為一種應變率敏感的塑性機製，特彆是在HCP和BCC材料中。對於高溫過程，詳細分析瞭Nabarro-Herring蠕變和科伯（Coble）蠕變的擴散機製，將擴散係數與晶格缺陷的遷移率直接關聯起來。 第八章：疲勞的萌芽與纍積損傷 疲勞被視為從微觀尺度開始的損傷纍積過程。本章聚焦於初始的錶麵塑性微裂紋（Microcrack）的形成。我們引入瞭循環塑性（Cyclic Plasticity）的概念，解釋瞭內摩擦和遲滯迴綫（Hysteresis Loop）的物理根源。重點分析瞭塑性應變局域化（Persistent Slip Bands, PSB）的形成，以及這些PSB如何通過重復拉伸和壓縮轉化為錶麵形貌的“之”字形凹槽（Extrusion/Intrusion），最終成為裂紋萌生的核心區域。 第九章：脆性斷裂的微觀判據 本書最後一部分探討瞭在低應變率或低溫下，晶體材料如何發生脆性斷裂。我們從能量學的角度重新審視瞭Griffith裂紋擴展理論，並將其修正到考慮晶格能和錶麵能的微觀模型中。詳細分析瞭晶體材料中解理斷裂（Cleavage Fracture）的條件，特彆是當裂紋沿著特定低密堆積晶麵擴展時，所需剋服的鍵閤能閾值。對於穿晶斷裂和沿晶界斷裂的差異，我們用晶界能與晶麵能的對比關係進行瞭量化解釋。 結語 本書通過對晶體結構、缺陷運動、強化機製和初始失效的層層深入分析，為讀者提供瞭一個從原子尺度到宏觀力學行為的完整、自洽的理論體係。它要求讀者具備紮實的綫性代數和微積分基礎，目標是培養新一代能夠基於材料微觀結構來設計和預測材料性能的工程師與科學傢。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計得很有現代感，深藍色的背景配上簡潔的白色和金色字體，給人一種嚴謹又專業的印象。我本來是想找一本偏嚮應用力學的書，結果翻開這本書發現，它對基礎概念的講解非常紮實，幾乎是從零開始構建體係的。比如，書中對“應力”和“應變”的定義，以及它們之間關係的推導過程，寫得極其細緻，每一個數學步驟都清晰可見。我特彆欣賞作者在引入張量概念時采取的漸進式教學方法，沒有一開始就拋齣復雜的數學形式，而是通過實際的物理場景來啓發讀者理解其幾何意義。這種由淺入深的敘述方式，對於初學者來說無疑是一劑強心針，它消除瞭我對高等材料力學中抽象概念的畏懼感。而且，書中的插圖質量非常高，不僅清晰美觀，更重要的是，每一張圖都準確地傳達瞭物理過程或幾何關係，很少齣現那種為瞭美觀而犧牲信息量的“花架子”圖。讀起來感覺作者確實是站在一個初學者的角度去構思內容的編排，處處體現著對讀者的尊重和耐心，讓人願意沉下心來，一步一個腳印地去鑽研。

評分☆☆☆☆☆

這本書的文字風格，說實話，有點像一位學識淵博但又略顯古闆的導師在授課。它沒有太多花哨的修辭或引人入勝的“故事性”，而是直截瞭當地闡述原理和公式。我尤其關注瞭其中關於“綫彈性理論”的章節。作者對於本構關係（Constitutive Relations）的介紹，幾乎完全基於熱力學平衡和能量守恒的公理，推導過程一絲不苟，幾乎沒有跳躍性的步驟。對我這個習慣瞭快速瀏覽摘要和結論的人來說，開始時確實有些挑戰，因為它要求你必須跟上作者的每一個邏輯鏈條。但堅持讀完後，我發現這種嚴苛的邏輯性帶來的迴報是巨大的——我對為什麼選擇特定的本構方程，而不是其他形式的方程，有瞭更深層次的理解，不再滿足於僅僅“記住”公式本身。書中的習題設置也很有特色，大多是理論推導性質的，很少有直接套用公式的計算題，這迫使讀者必須真正掌握背後的物理內涵纔能解答。總體而言，這是一本需要慢品、細嚼的“學術硬菜”。

評分☆☆☆☆☆

坦白地說，這本書的排版和字體選擇，讓我想起上世紀八九十年代的經典力學教材，帶著一種紮實的年代感。紙張的質地很不錯，拿在手裏有分量，但內頁的留白處理得稍微有些保守，導緻一些長公式占滿瞭整行，視覺上略顯擁擠。書中收錄的案例分析部分，著重於經典的梁、柱、薄壁結構在靜載荷下的響應，對於理解基本變形模式非常有效。我特彆贊賞作者在講解“歐拉-伯努利梁理論”時，如何清晰地區分“剪切變形”和“彎麯變形”對總撓度的貢獻，並且對“小變形假設”的適用範圍做瞭非常謹慎的討論。然而，書中對於現代工程中常見的非綫性問題，比如大變形或者材料的塑性行為，涉及得相對較少，似乎更側重於為後續更高級的課程打下純粹的理論基礎。這使得它更像是一部麵嚮理論物理或機械設計初期理論學習的教材，對於需要立刻解決復雜工程問題的讀者來說，可能需要配閤其他更偏嚮數值模擬或實驗驗證的參考資料。

評分☆☆☆☆☆

從閱讀體驗上來說，這本書的“可讀性”是分層次的。初讀時，你會感到它的語流非常書麵化，句式結構偏長，充滿瞭技術術語的精確定義，這使得快速理解有些睏難，需要反復迴溯。但當你剋服瞭初期的閱讀障礙後，你會發現作者在知識點的組織上極具匠心。比如，在討論位移法和應力法的等價性時，作者巧妙地運用瞭虛功原理作為橋梁，將原本看似平行的兩條分析路徑統一起來，這個結構性的洞察非常精妙，展現瞭深厚的學術功底。這本書更像是工具箱而不是菜譜，它提供瞭構建和理解力學模型的堅固基石，而不是直接給齣解決特定問題的步驟清單。對於那些希望未來從事理論研究或者需要紮實基礎來應對研究生階段課程學習的讀者來說，這本書是極具價值的投資。它教會的不是“如何計算”，而是“為什麼這樣計算是正確的”。

評分☆☆☆☆☆

這本書的特色在於它對“材料各嚮異性”的處理態度。很多入門教材往往將材料簡化為各嚮同性，但在本書中，作者很早就引入瞭正交各嚮異性（Orthotropic）的概念，並且係統地闡述瞭如何在不同坐標係之間進行張量變換。我當時在研究復閤材料結構時，一直對如何正確地轉換剛度矩陣感到睏惑，而這本書通過詳盡的鏇轉矩陣推導和具體的數值例子，徹底解開瞭我的疑惑。它沒有迴避這些繁瑣的數學操作，而是將其視為理解各嚮異性物理效應的關鍵步驟。這一點上，作者的勇氣和深度都值得稱贊。唯一的遺憾是，由於篇幅所限，書中對高級分析方法，比如能量法在復雜結構上的應用，隻是點到為止，沒有展開深入的探討。如果能增加一到兩個關於能量泛函極小化在確定平衡態中應用的詳細實例，這本書的完整性會更上一層樓。總體而言，它在基礎理論的深度挖掘上，絕對是同類書籍中的佼佼者。

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