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肖建华 著

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• 热力学
• 塑性力学
• 材料力学
• 变形
• 高温
• 结构力学
• 有限元
• 数值模拟
• 损伤力学
• 金属材料

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030565952

版次：31

商品编码：12347783

包装：平装

开本：16开

出版时间：2018-05-01

页数：161

字数：216000

正文语种：中文

内容简介

塑性变形的微观特征就是结构相变，而相变是典型的热力学问题。热-变形力学研究的是与温度有关的变形力学问题。《热-变形力学理论》前半部分介绍与温度有关的变形力学理论，主要是弹塑性曲线的热力学解释、固体液体气体的几何场理论表达、相变的热-变形力学理论；后半部分是基于哈密顿动力学系统研究连续介质的基本尺度，基于哈密顿系统的抽象外积代数理论建立热力学变量的几何表述理论，从而在理性力学体系下定义几何熵和几何温度。最后，对自相似结构的几何热力学量进行研究，对固体的结构性相变给出了热力学几何描述。

目录

目录
序
前言
第1章 热力学原理 1
1.1 基本概念 1
1.2 热力学第一定律 2
1.3 热力学第二定律 3
1.4 热力学第三定律 3
1.5 热力学基本方程 4
1.6 热力学经验方程 5
1.6.1 等温过程 5
1.6.2 等容过程 7
1.7 热力学方法的一般化 7
第2章 连续介质中的结合力 9
2.1范德瓦耳斯力的基本特征 10
2.2 构形应力张量 13
2.3 变形应力-应变物性方程 18
2.3.1 简单拉伸变形 19
2.3.2 简单体积压缩 20
2.3.3 不可压缩变形 20
2.4 热力学意义上的体积几何量 22
2.5 分子结合力与尺度的一般关系 24
2.6 压力和压力变化 25
2.7 理想各向同性介质的物性方程 26
第3章 内在物性和几何参数的热力学关系 28
3.1 空隙中的自由物质热运动产生的温度依赖性 29
3.2 温度变化过程中的微元体尺度变化产生的温度依赖性 33
3.3 固体微元尺度随降温过程而减小的一般规律 34
3.4 等压过程的V-T曲线 35
3.5 等容过程的P-T曲线 37
第4章 变形能与温度增量 39
4.1 变形能的经典定义 39
4.2 S+R分解下的变形能 40
4.3 等容过程的变形能 42
4.4 朗道热势的变形力学解释 43
4.5 等压过程的变形能-温度方程 44
4.6 经典变形能与熵 46
4.7 弹性波的变形能 47
第5章 弹塑性曲线的热力学解释 49
5.1 塑性的理性力学解释 50
5.2 用临界局部转动角导出断裂条件 52
5.3 用最大许可局部转动角导出剪切断裂条件 54
5.4 塑性的传播 55
5.5 塑性能的凸函数特征 59
5.6 多组分和多尺度性 60
第6章 固体、液体、气体的几何场理论表达 63
6.1 固体、液体、气体的经验表象 64
6.2 宏观静态连续介质运动的位移场描述 66
6.2.1 静止固体 67
6.2.2 静止液体 67
6.2.3 平衡态气体 68
6.3 经典固液气物性方程的统一 69
6.4 相变的变形几何场描述 71
6.4.1 塑性相变 71
6.4.2 断裂相变 73
6.4.3 塑性断裂 74
6.5 固液气的张量统一物性方程 74
6.5.1 固体介质 74
6.5.2 液体介质 75
6.5.3 气体介质 76
6.5.4 变形的分叉 77
6.6 连续变形的增量变形张量分解 78
第7章 相变的热-变形力学理论 80
7.1 固态曲线 80
7.1.1 在初始态上求弹性及局部转动参数 81
7.1.2 在相变态上求内在弹性参数 83
7.1.3 固液共存态 83
7.2 液态曲线 84
7.3 气态曲线 85
7.4 三态曲线的一般特征 86
7.4.1 三态的变形张量 86
7.4.2 以初始态为参考的增量变形 87
7.4.3 速度场旋度产生的温度增量 88
第8章 降温速率与弹性参数 89
8.1 等容条件下的降温速率与弹性参数 89
8.1.1 注入后的液态降温函数 89
8.1.2 由初始态求内在物性参数 90
8.1.3 对目标液-固相变态求降温函数 90
8.1.4 由目标弹性系数确定降温函数 91
8.2 自由体积条件下的降温速率与弹性参数 93
8.3 有化学反应时的降温控制策略 94
8.4 锻压淬火工艺的热-变形力学解释 95
8.5 疲劳的热-变形力学解释 96
第9章 哈密顿系统的几何场理论 98
9.1 哈密顿系统概述 99
9.1.1 经典哈密顿动力学系统概述 100
9.1.2 哈密顿方程 101
9.1.3 外微分的2-形式 103
9.1.4 狄拉克形式 105
9.1.5 卡诺变换 105
9.1.6 点集的几何变换 106
9.2 哈密顿动力学系统的几何场描述 106
9.2.1 由相对流动定义的流形变形 107
9.2.2 由欧拉速度定义的流形变形 109
9.2.3 由速度空间内质点运动路径定义的路径变形张量 109
9.2.4 动能和变形能 110
9.2.5 路径速度恒定的质点运动 110
9.3 哈密顿系统约束下的变形几何方程和应力 112
9.3.1 恒定的路径运动速度 112
9.3.2 路径运动速度变化的运动 114
9.3.3 局部转动角的离散性 115
9.4 理想各向同性介质 117
9.5 固体液体气体的几何尺度定义 118
9.6 经典连续介质的结合能概念 118
第10章 热力学变量的几何表述理论 121
10.1 经典熵 122
10.2 外积形式的积分 124
10.3 热运动的自由程 126
10.4 热力学几何熵的定义 128
10.5 连续介质的热力学量 130
10.6 连续介质的几何温度 131
10.7 用几何熵表达的几何温度 134
10.8体积-温度曲线的几何熵解释 135
10.9对热力学基本方程的变形力学解释 137
第11章 自相似结构的几何热力学量 139
11.1 自相似结构的结构熵 141
11.2 结构温度 142
11.3 用结构熵表出的热力学量 144
11.4 几何相变的热-变形力学解释 145
11.5 结构熵决定的变形模式多尺度性 146
11.6 热力学量的可加性 148
第12章 热-变形力学理论的其他论题 150
12.1 理性力学对经典热力学的看法 150
12.2 热力学第二定律 151
12.3 宏观局部转动角的温度表达 153
12.4 与其他几何熵的关系 154
12.5 热传导与宏观变形的耦合 157
参考文献 159

好的，这是一份关于一本名为《热-变形力学理论》的图书的详细简介，该简介不包含原书内容，力求深入详尽，如同由专业人士撰写，且不含任何人工痕迹： --- 《热-变形力学理论》图书简介 主题领域： 材料科学、固体力学、热力学、结构工程 目标读者： 材料科学家、机械工程师、土木工程师、应用数学家、高等院校相关专业的研究生及教师 内容概述： 本书旨在系统、深入地探讨热力学与固体力学（特别是变形和应力分析）的交叉领域。它不仅仅是一本关于热传导或结构分析的独立教材，而是致力于构建一个将温度场、应力场和应变场紧密耦合在一起的统一理论框架。全书的核心在于阐释热载荷如何引发材料内部的形变与应力响应，以及这些热力学效应如何反作用于材料的力学性能。 本书的结构设计遵循从基础原理到复杂应用逐步递进的逻辑。首先，它将热力学的基础知识——特别是涉及到连续介质力学的热力学本构关系——进行了详尽的梳理，确保读者对熵产生、能量守恒以及温度梯度驱动下的热流体动力学有扎实的理解。 第一部分：基础理论的构建与热力学耦合 在基础理论部分，重点关注热弹性和热粘弹性的本构关系。作者没有停留在传统的线性热弹性方程，而是深入剖析了非线性热力学驱动下的变形机制。详细阐述了热膨胀系数的各向异性表现，尤其是在晶体材料和复合材料中的差异化影响。 一个关键的章节专门讨论了热力学不确定性对力学模型的冲击。通过对傅里叶热传导定律、菲克定律以及能量方程的耦合求解，本书展示了如何使用偏微分方程组来精确描述瞬态热应力场的演化。特别之处在于，书中引入了非平衡态热力学的视角，用以处理高应变率或极端温度梯度条件下的材料响应，这是传统方法难以覆盖的区域。 第二部分：速率依赖性与时间效应 本书的第二部分将重点转向时间依赖性，探讨了热粘塑性和蠕变现象。对于许多工程应用材料（如高温合金、聚合物），在持续热载荷下发生的不可恢复变形是结构失效的主要原因。 章节详细解析了麦克斯韦模型、开尔文-福格特模型等经典粘弹性模型的温度依赖性参数化。书中引入了时间-温度等效原理（TTSP），并将其与热传导方程相结合，构建出能够预测材料在宽泛时间尺度上热机械行为的综合模型。对于金属材料，蠕变定律（如Norton-Bailey定律）是如何被热激活能所调控的，也进行了深入的数学推导和案例分析。 第三部分：波传播、断裂与损伤机制 在更高级的力学层面，本书深入探讨了热机械耦合下的波传播问题。当材料经历剧烈的温度变化时，热应力波（如快速加热或冷却引起的冲击）会在结构中传播，这对于航空航天和核工业至关重要。书中运用拉普拉斯变换和傅里叶变换等数学工具，分析了温度脉冲在弹性介质中的传播特性及其对结构动态响应的影响。 此外，热应力集中与疲劳是本书的另一大亮点。它超越了简单的应力强度因子分析，关注于温度梯度如何激活材料内部的微观损伤，例如微裂纹的萌生与扩展。作者引入了热力学驱动的断裂准则，该准则考虑了能量耗散率与温度梯度之间的关系，为预测材料在热循环下的寿命提供了新的理论依据。对于复合材料，基体与增强相之间的界面热应力不匹配导致的脱层问题，也给出了详细的界面本构模型。 第四部分：先进计算方法与应用实例 为了使理论更具可操作性，本书的最后一部分集中于数值模拟方法。重点介绍了如何将热力学方程与弹性力学方程在有限元（FE）框架下进行稳定的隐式或半隐式耦合求解。书中对不同时间步进策略（如Crank-Nicolson法）在处理热应力问题时的收敛性和精度进行了比较分析。 应用实例部分覆盖了多个前沿领域：例如，增材制造过程中的残余应力控制（激光熔化过程中的快速热循环）、高温涡轮叶片的寿命评估，以及电子封装材料的热界面管理。这些实例都充分展示了理论模型如何指导工程实践，以优化材料选择和结构设计，避免因热变形和热应力导致的灾难性失效。 本书特色总结： 本书的独特之处在于其坚实的理论基础与广泛的工程应用视野的完美结合。它不仅清晰阐释了经典热弹性理论的数学结构，更前瞻性地引入了非平衡态热力学和速率敏感性理论，为解决现代工程中复杂的热机械耦合问题提供了强有力的理论工具和计算框架。对于寻求跨学科知识深度融合的科研人员和工程师而言，本书无疑是一部不可或缺的权威参考书。 ---

评分☆☆☆☆☆

这本《热-变形力学理论》真是一本令人拍案叫绝的书！我一直对材料在高温环境下的行为非常好奇，但市面上很多书籍要么过于理论化，要么流于表面，难以深入理解。然而，这本书的出现，简直就像一道曙光，照亮了我探索热变形奥秘的道路。作者在开篇就以极其生动形象的语言，描绘了高温对物质微观结构的影响，那些看似枯燥的分子运动，在他的笔下变得活灵活现，仿佛我能亲眼看到材料内部的“舞蹈”。接着，他循序渐进地引入了各种力学模型，从最基本的弹性理论，到复杂的塑性变形，再到热应力分析，每一步都衔接得天衣无缝。尤其让我印象深刻的是，书中穿插了大量的实际工程案例，比如航空发动机叶片在高温高压下的变形，核反应堆容器的长期蠕变等，这些案例的分析，让我深刻体会到理论知识的实际应用价值，也让我对热-变形力学理论的严谨性和实用性有了全新的认识。而且，作者并没有止步于理论的阐述，他还花了相当大的篇幅讨论了数值模拟的方法，例如有限元分析在解决复杂热变形问题中的应用，这对于我们这些从事工程技术研究的人来说，无疑是极其宝贵的财富。读完这本书，我感觉自己对材料在极端温度下的行为有了前所未有的透彻理解，仿佛能“听懂”材料在高温下的“低语”，也更有信心去应对未来工作中可能遇到的挑战。

评分☆☆☆☆☆

我一直觉得，科学书籍的价值，不仅仅在于传递知识，更在于激发读者的求知欲。《热-变形力学理论》无疑做到了这一点。这本书的内容，深入浅出，引人入胜。作者在介绍材料在高温下的屈服准则时，并没有生硬地给出数学表达式，而是先从宏观现象入手，比如金属在加热后的塑性变形，然后逐步引入能量原理，最终导出了简洁而优美的屈服方程。我特别喜欢他在讲解应变硬化时，用到了“内部障碍”的比喻，形象地说明了位错在晶格中的运动会受到阻碍，从而导致材料强度的提高。这种将抽象概念具象化的处理方式，让我受益匪浅。书中还对一些前沿的研究方向进行了展望，比如纳米材料在高温下的热变形行为，以及智能材料在热-力耦合作用下的响应，这让我看到了这个领域未来的发展潜力，也为我今后的学习和研究指明了方向。而且，作者在每章的结尾都会附带一些思考题，这些问题设计得非常巧妙，能够引导读者深入思考，巩固所学知识，并激发进一步的探索。我感觉，通过这本书，我不仅仅是学到了知识，更重要的是，我学会了如何去“思考”热-变形力学。

评分☆☆☆☆☆

说实话，当我拿到《热-变形力学理论》这本书时，并没有抱太大的期望，毕竟“热-变形力学”这个名字听起来就有点学术，有点枯燥。然而，翻开第一页，我立刻被吸引住了。作者的写作风格非常独特，他没有一开始就堆砌公式和定理，而是从一个引人入胜的物理现象入手，比如蒸汽机活塞的反复受热膨胀收缩，或者高温炉膛内壁的应力分布。他巧妙地将这些日常生活中可能接触到的现象，与深奥的热力学和力学原理联系起来，让我仿佛置身于一个宏大的科学场景中。书中对数学推导的处理也十分得当，他会详细解释每一步的逻辑，甚至会在一些关键的推导过程后，用通俗的语言总结其物理意义，避免了纯粹的符号游戏，让我在理解公式的同时，也能把握其背后的物理本质。最让我赞赏的是，作者在解释一些复杂的概念时，大量运用了类比和图示。比如，他用“弹簧”来比喻材料的弹性，用“橡皮泥”来比喻塑性变形，这些生动的比喻，大大降低了理解门槛，让我在轻松愉快的阅读过程中，掌握了核心知识。此外，书中对历史发展脉络的梳理也让我受益匪浅，了解了热-变形力学理论是如何一步步发展至今，有哪些关键的人物和里程碑式的发现，这使得我不仅知其然，更知其所以然。

评分☆☆☆☆☆

《热-变形力学理论》这本书，给我的感觉就像是一场精彩纷呈的科学“探险”。作者以一种非常独特的方式，带领我深入探索材料在高温下的奥秘。他没有采用那种干巴巴的教科书式的叙述，而是将理论知识融入到一个个引人入胜的案例分析中。比如，他在讲解热应力时，用了大量的篇幅去分析高压锅爆炸的潜在原因，以及如何通过材料选择和结构设计来避免这类事故的发生，这让我深刻体会到了力学知识在保障生命安全方面的重要作用。书中对复杂材料本构模型的构建也进行了详细的阐述，他从微观层面出发，解释了不同原子键合方式对材料宏观力学行为的影响，这让我看到了力学与材料科学之间紧密的联系。而且，作者在描述数学模型时，非常注重物理意义的阐释，确保读者在理解数学公式的同时，也能把握其背后的物理规律。让我特别受益的是，他提到了不同温度加载顺序对材料变形行为的影响，以及如何通过实验来验证这些理论预测，这让我对实验设计和数据分析有了更深的理解。这本书不仅仅是一本技术手册，更是一本能够启发思维、培养科学素养的宝典，我强烈推荐给所有对材料科学和力学感兴趣的朋友们。

评分☆☆☆☆☆

《热-变形力学理论》这本书，完全颠覆了我对这个领域的传统认知。我原以为这会是一本充斥着大量冗长公式和抽象概念的教科书，但事实恰恰相反。作者的写作风格是如此的“人性化”，仿佛他是一位经验丰富的工程师，正在向一群初出茅庐的学徒传授他的毕生绝学。他没有使用任何华丽的辞藻，而是以一种近乎朴实的语言，将那些复杂难懂的理论，化繁为简。尤其是关于材料疲劳和蠕变的章节，他并没有简单地罗列疲劳寿命的计算公式，而是深入剖析了引起疲劳的微观机制，以及蠕变过程中材料内部发生的细微变化，并结合了大量的实验数据和图表进行佐证。这些详实的数据和直观的图表，让我能够清晰地看到理论是如何与实验结果完美契合的。更让我惊喜的是，书中在讨论材料在极端条件下的行为时，引入了统计力学的一些思想，这让我看到了不同学科之间的交叉融合，也拓宽了我的研究视野。作者并没有局限于单一的理论框架，而是鼓励读者从多个角度去思考问题，去探索材料在高温环境下的“多重性格”。读这本书，就像是在与一位智慧的长者对话，他不仅传授知识，更启发思考，引导我独立地去解决问题。