Elasticity of Transversely Isotropic Materials pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Ding, Haojiang/ Chen, Weiqiu/ Zhang, L.

出品人:

页数:435

译者:

出版时间:

价格:199

装帧:HRD

isbn号码:9781402040337

丛书系列:

图书标签:

弹性力学
各向异性材料
横向各向异性
材料力学
固体力学
工程力学
弹性理论
材料属性
结构分析
力学模型

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具体描述

弹性力学前沿进展与应用：基于先进材料模型的探索图书简介本书聚焦于当代材料科学与工程力学领域的前沿交叉地带，深入探讨了先进复合材料、功能梯度材料以及新型结构设计中的弹性力学核心问题。全书以严谨的理论推导和丰富的工程实例为支撑，旨在为研究人员、工程师及高年级学生提供一个全面而深入的知识体系，理解和预测复杂材料体系在外部载荷作用下的响应行为。第一部分：基础理论的拓展与深化本部分首先回顾了经典连续介质力学的基础公设，并在此基础上，着重拓展了对非均匀、非线性材料模型的描述。第1章：广义本构关系与本构张量分析本章详细阐述了在三阶、四阶弹性张量框架下，如何对材料的宏观力学行为进行精确表述。我们探讨了如何从微观结构特性（如晶体取向、纤维排布）推导出宏观等效弹性参数。特别关注了本构关系的坐标无关性，以及在不同坐标系（笛卡尔、柱面、球坐标系）之间进行张量转换的实用方法。此外，对各向异性材料的弹性刚度矩阵进行了详尽的分析，特别是那些具有更高对称性等级的材料体系，如具有反射面对称性的正交异性材料，以及更一般的斜交异性材料。本章通过对比描述了线弹性、弹塑性以及粘弹性行为的数学模型差异，为后续复杂问题的分析奠定了理论基础。第2章：梯度材料的弹性响应梯度材料（Functionally Graded Materials, FGMs）因其内部弹性模量沿某一方向连续变化的特性，在热防护、结构减振等领域展现出巨大的潜力。本章的核心在于建立描述FGM的应力-应变关系。我们采用变系数微分方程来描述梯度场的影响，并详细分析了如何根据材料的梯度函数形式（线性、指数、幂律等）来求解二维和三维的弹性平衡方程。重点讨论了在热应力作用下，由于弹性模量梯度引起的附加应力集中现象，并提出了通过有限元方法对复杂梯度分布进行数值模拟的有效策略。第二部分：复杂结构中的应力分析与失效预测在掌握了先进材料的本构理论后，本书转向如何将这些理论应用于实际的工程结构分析，特别是涉及缺陷、界面和接触的复杂问题。第3章：界面力学与层合结构分析层合复合材料是现代航空航天和土木工程中的关键结构形式。本章深入剖析了不同材料层之间的界面行为。我们从能量释放率的角度引入了内聚力模型（Cohesive Zone Models, CZM），用以模拟界面开裂和分层过程，这超越了传统的基于应力或应变的界面失效准则。通过对双层板和多层板的经典层合板理论（CLT）进行修正，考虑了剪切变形的影响（如First-order Shear Deformation Theory, FSDT），并推导了层间应力场的解析解，特别是针对层合板边缘效应的精确估计。第4章：接触问题与应力奇异性工程装配中不可避免地存在部件间的接触。本章系统地探讨了材料接触区域的弹性分析。我们详细分析了Hertz接触理论在更一般材料条件下的适用性。对于尖锐几何结构（如裂纹尖端、凹角），弹性理论预示了应力或应变张量的奇异行为。本章利用艾辛格-威廉姆斯（Eskin-Williams）的渐近分析方法，精确地描述了这些奇异区的强度和范围，并讨论了如何通过引入微观结构尺寸或引入非经典连续介质理论来“平滑”这些奇异性，从而指导更可靠的疲劳寿命预测。第三部分：动态响应、损伤演化与计算方法材料在高速冲击、振动载荷下的行为，以及其在服役过程中的逐渐损伤，是评估结构安全性的核心要素。第5章：材料的动态响应与波传播本章将弹性理论扩展到时域。我们分析了弹性波在均匀和梯度介质中的传播规律，包括纵波、横波以及表面波的色散关系。特别关注了材料阻尼对动态响应的影响，引入了粘弹性模型来描述能量耗散。通过傅里叶变换和模态叠加法，本书给出了复杂边界条件下结构振动分析的步骤，并对冲击载荷下材料的非线性动态响应进行了初步探讨。第6章：基于微观损伤的宏观模型从宏观唯象到微观机理的桥接是现代材料力学的关键挑战。本章介绍了如何通过引入内部变量来描述材料的损伤累积过程。我们采用连续介质损伤力学（Continuum Damage Mechanics, CDM）框架，建立了损伤变量与材料有效模量的关系。重点分析了基于能量释放率或等效应变的损伤演化律，并将其与塑性模型相结合，构建了考虑损伤的弹塑性本构模型。这使得我们能够更准确地预测材料在多次循环加载或复杂载荷组合下的疲劳损伤积累和最终断裂。第7章：高级数值模拟技术在处理上述复杂的解析解难以获得的课题时，数值方法成为不可或缺的工具。本章详细介绍了有限元方法（FEM）在弹性力学问题中的应用，包括单元选择、网格划分策略以及边界条件的施加。此外，本书还引入了无网格方法（Meshless Methods），如光滑粒子流体力学（SPH）和扩展有限元法（XFEM），讨论了它们在模拟材料断裂扩展和界面脱粘等需要追踪裂纹路径的非连续问题中的优势。书中的案例均通过先进的商业或学术软件平台验证，强调了从理论模型到高效计算实现的全过程。总结与展望本书的结构旨在实现从基础理论到先进应用模型的无缝过渡。通过对梯度材料、界面力学和损伤演化的深入剖析，本书不仅巩固了读者在经典弹性力学上的基础，更引领他们进入了当前材料力学研究的最前沿。未来的研究方向，如多尺度模拟、智能材料的本构描述，也将是本书所提供理论工具可以有效延伸和应用的领域。