非均質材料電磁力學與功能設計

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頁數:225
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出版時間:2010-1
價格:39.80元
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isbn號碼:9787118066524
叢書系列:
圖書標籤:
  • 電磁力學
  • 非均質材料
  • 功能設計
  • 材料科學
  • 電磁場
  • 數值計算
  • 工程應用
  • 微波技術
  • 天綫設計
  • 生物電磁
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具體描述

《非均質材料電磁力學與功能設計》係統而全麵地闡述瞭作者研究的非均質材料電磁力學新理論及其在現代工程中的功能設計,是非均質(梯度)材料電磁力學方麵的一部學術專著。全書共8章,分上、下兩篇。上篇(前4章)完整論述非均質(梯度)材料電磁力學的理論體係。包括學術思想、理論模型、求解方法;下篇(後4章)介紹非均質(梯度)材料電磁力學仿真方法、功能設計、實驗方法及工程應用等,以非均質材料電磁設計為主綫,重點圍繞功能設計問題,闡述電磁理論在新材料及科學工程中的應用,並選取有代錶性的若乾個具體工程應用實例予以重點介紹。有關電磁力學和材料功能設計的研究是目前力學、宇航、控製及材料科學等學科的研究熱點之一。《非均質材料電磁力學與功能設計》以作者近年來在這方麵的係列化研究成果為主要內容,是具有較為完整理論體係和實驗驗證的非均質材料電磁力學方麵的專著,可以為電磁力學問題的分析和評價提供基本理論和方法。

《非均質材料電磁力學與功能設計》不僅理論方法先進,而且工程應用性強,適閤於力學、宇航、車輛和機電等專業的科研、設計人員及工程技術人員閱讀參考,並可兼作高等院校相關專業相關方嚮的教師、博士研究生、碩士研究生教學用書,也可作為力學、宇航、車輛、機電和其他相關專業本科生的學習參考書和工具書。

好的,這是一份關於 《非均質材料電磁力學與功能設計》 一書的詳細圖書簡介。 --- 圖書簡介:非均質材料電磁力學與功能設計 導言:跨越傳統界限的材料科學新篇章 在現代工程和前沿技術領域,材料的性能已不再僅僅依賴於其化學成分,更深刻地取決於其內部結構的非均質性。從微電子器件到先進的復閤材料,再到生物醫學工程中的仿生結構,理解和調控材料在電磁場作用下的響應機製,已成為推動技術創新的關鍵瓶頸。 《非均質材料電磁力學與功能設計》是一部係統性、綜閤性的學術專著,旨在深入探討由不同材料組成的復閤結構或具有內在梯度變化的材料,在電磁場作用下所錶現齣的獨特力學響應和電磁特性。本書不僅立足於經典場論與固體力學的基礎,更以前瞻性的視角,構建起一個連接微觀結構、宏觀性能與功能化設計的理論框架。它麵嚮科研工作者、高級工程師以及相關專業的高年級本科生和研究生,是理解和設計下一代智能、適應性材料不可或缺的參考指南。 第一部分:理論基礎與模型構建 本書的基石在於對非均質介質電磁行為的精確數學描述。我們首先迴顧瞭麥剋斯韋方程組在非均勻介質中的形式,並引入瞭界麵與邊界條件的精細處理方法。 一、多尺度建模與界麵物理: 本書詳盡闡述瞭如何處理材料內部的相界麵和結構邊界。對於宏觀尺度下的有效介質理論(如史密斯-格林-艾伯格法、廣義自洽模型),我們不僅介紹瞭其適用範圍,更重點分析瞭在電磁梯度變化劇烈區域(如拓撲絕緣體邊緣或功能梯度材料的界麵層)失效的原因,並提齣瞭修正的本構關係。特彆地,書中對界麵電荷積纍與界麵應力的耦閤機製進行瞭深入挖掘,這對於理解電緻伸縮效應和壓電響應的非綫性增強至關重要。 二、電磁場與彈性場的耦閤: 核心章節聚焦於電磁力學(Electromechanical Coupling)的統一描述。我們采用基於能量原理的變分法,推導瞭非綫性、各嚮異性非均質材料中的電磁-力學場耦閤控製方程。這包括對皮爾斯基效應(Piezoelectricity)、磁緻伸縮效應(Magnetostriction)以及更復雜的電熱耦閤在非均質環境下的理論重構。書中詳細對比瞭傳統歐拉-柯西框架與現代變分框架在處理高應變和強場耦閤問題上的優劣,並提齣瞭適用於仿真分析的能量守恒型弱形式。 三、本構關係的拓展: 針對功能材料,如智能聚閤物、液晶彈性體和納米復閤材料,傳統的綫性本構關係往往不足以描述其復雜行為。本書引入瞭基於張量分析的非綫性本構關係,涵蓋瞭電場依賴的彈性模量變化、電導率與應變的關係,以及在復雜加載條件下的弛豫效應。通過案例分析,展示瞭如何根據材料的微觀結構(如縴維取嚮、晶粒尺寸分布)來反演和參數化這些宏觀本構參數。 第二部分:分析方法與數值實現 理論的實現離不開先進的計算工具。本書的第二部分提供瞭處理復雜幾何和動態響應的有效數值算法。 一、頻域與時域分析技術: 對於電磁波在非均質結構中的傳播、散射和吸收問題,我們詳細介紹瞭有限元法(FEM)、邊界元法(BEM)以及有限差分時域法(FDTD)在處理非均勻網格和材料界麵時的具體實施細節。尤其關注瞭如何通過域分解技術和自適應網格加密來高效處理材料特性急劇變化的區域,從而避免數值震蕩和計算成本的激增。 二、力學響應的計算挑戰: 在力學模擬方麵,本書重點討論瞭接觸問題和斷裂力學在電磁響應背景下的特殊性。例如,在靜電力作用下材料接觸麵的電荷轉移對摩擦學性能的影響,以及在強電場梯度導緻的局部高應力下材料失效的預測模型。書中展示瞭如何將電磁場求解器與結構力學求解器進行雙嚮(Two-Way)耦閤,以實現對電磁觸發的機械變形的精確反饋控製。 三、逆嚮設計與優化算法: 麵嚮功能設計,本書引入瞭拓撲優化(Topology Optimization)和靈敏度分析方法。不同於傳統的結構優化,這裏的優化目標函數不僅包含機械剛度或電磁傳輸效率,還耦閤瞭特定的電磁-力學性能指標(如最大可達應變、特定頻率下的能量轉換效率)。通過實例演示瞭如何利用梯度下降或遺傳算法,在給定的材料體積比約束下,設計齣具有最優電磁-力學耦閤性能的結構布局。 第三部分:功能設計與前沿應用 本書的最後一部分將理論與工程實踐緊密結閤,展示瞭非均質材料電磁力學在解決實際工程問題中的巨大潛力。 一、智能超材料與電磁響應調控: 深入探討瞭如何利用精確排布的非均質結構實現對電磁波的奇異控製。這包括電磁隱身材料(Cloaking Devices)的原理設計、超材料吸波體(Metamaterial Absorbers)的帶寬擴展,以及可重構(Reconfigurable)器件中通過外部電場或機械形變來改變其等效電磁參數的設計策略。書中特彆分析瞭梯度摺射率材料在波束控製中的優勢。 二、能源轉換與存儲器件: 在能源領域,非均質結構是提高轉換效率的關鍵。書中分析瞭壓電能量收集器(Piezoelectric Harvesters)的電磁-力學優化設計,重點在於通過梯度化結構來匹配外部激勵的頻率特性,實現寬帶共振。此外,在固態電池電極的設計中,書中探討瞭電荷傳輸的非均質性(離子電導與電子電導的差異)如何影響器件的倍率性能和循環穩定性。 三、電磁驅動與自適應係統: 聚焦於電磁驅動器和傳感器。針對形狀記憶聚閤物(SMPs)和介電彈性體(DEAs)等智能材料,本書詳細闡述瞭如何通過精確控製材料的梯度電場分布來誘導可控的、多步的機械變形。這為開發高功率密度、高響應速度的軟體機器人和自適應光學元件提供瞭堅實的理論和設計工具。 結語 《非均質材料電磁力學與功能設計》超越瞭單一學科的視角,為讀者提供瞭一個多物理場耦閤研究的綜閤平颱。通過對理論建模、先進計算方法和前沿功能設計的係統梳理,本書緻力於培養讀者駕馭復雜材料體係、實現突破性功能創新的能力。它不僅是一本工具書,更是一座連接基礎科學發現與工程應用實現的橋梁。

作者簡介

目錄資訊

讀後感

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用戶評價

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閱讀《非均質材料電磁力學與功能設計》,就像是在探索一個未知的宇宙。書中對“非均質性”的理解,遠超齣瞭我對材料的刻闆印象。它不再是簡單的“均勻”或“不均勻”,而是包含瞭一係列復雜的物理和化學特性,這些特性又與材料在電磁場中的行為緊密相連。我特彆期待書中能夠探討一些前沿的、尚未廣泛公開的理論模型,例如,如何利用多尺度建模方法來精確預測非均質材料的電磁響應,或者如何通過機器學習等手段來加速功能材料的設計過程。如果書中能夠提供一些計算工具或仿真方法的指導,那就更加錦上添花瞭。畢竟,理論的驗證離不開實際的計算和模擬,而“功能設計”的落腳點,最終還是要迴歸到具體的應用場景。

评分☆☆☆☆☆

初次翻閱《非均質材料電磁力學與功能設計》,我被其嚴謹的學術風格所吸引,同時也被其中蘊含的巨大潛力所打動。書中對於“非均質性”的定義和分類,給我留下瞭深刻的印象,它不僅僅是物理形態上的差異,更是在微觀尺度上多種物理因素的相互作用,這種多維度、多尺度的理解,是深入探索材料行為的關鍵。書中在電磁力學部分的闡述,循序漸進,從基本原理齣發,逐步深入到復雜的邊界條件和耦閤效應,為理解非均質材料的電磁響應打下瞭堅實的基礎。而“功能設計”這一部分,更是將理論與實踐緊密結閤,它不僅僅是描述現有材料的功能,更是指導我們如何根據需求,主動去設計和優化材料的結構,以達到特定的電磁學性能。這對於那些緻力於開發新型傳感器、隱身材料、高效能源器件的研究人員來說,無疑是一份寶貴的參考。

评分☆☆☆☆☆

這本書的書名聽起來就充滿瞭挑戰性,讓人好奇它究竟能帶來怎樣的驚喜。我一直對那些能夠解釋復雜現象的理論感到著迷,尤其是當它們觸及到我們日常生活中那些不為人知的物理原理時。想象一下,能夠理解材料的微觀結構如何影響其宏觀的電磁響應,這本身就是一件令人興奮的事情。這本書的名字《非均質材料電磁力學與功能設計》,恰恰點齣瞭這個關鍵點——“非均質性”,這暗示著材料並非簡單的均勻體,而是充滿瞭復雜的內部結構,而正是這種復雜性,賦予瞭材料獨特的功能。電磁力學作為基礎,又與材料的功能性緊密相連,這種跨領域的結閤,無疑會帶來許多意想不到的應用前景。我期待書中能夠深入淺齣地解析這些機製,用嚴謹的理論支撐,同時又不失科學的趣味性,讓我能夠從中窺見材料科學的奧秘,甚至能夠激發我對於未來新材料開發的靈感。畢竟,理解材料的本質,是創造更美好未來的第一步。

评分☆☆☆☆☆

坦白說,《非均質材料電磁力學與功能設計》的某些章節,初看之下會讓人覺得頗為艱深,這或許是這類前沿學術著作的通病。但堅持下去,你會發現背後所蘊含的精妙之處。書中對於材料內部微觀結構如何影響宏觀電磁性能的論述,非常細膩,例如,書中可能會詳細介紹晶體結構、缺陷、相界等非均質性來源,以及它們如何通過散射、吸收、共振等機製,改變材料對電磁波的響應。這種微觀到宏觀的聯係,對於理解諸如超材料、液晶、復閤材料等實際材料的電磁特性至關重要。而“功能設計”部分,則像是一本“秘籍”,它不僅提供瞭理論框架,更可能包含瞭一些具體的工程設計案例,展示瞭如何利用非均質性來實現諸如方嚮性控製、帶寬優化、損耗降低等功能。這本書更像是為那些已經具備一定物理學和材料學基礎的研究者們量身打造的。

评分☆☆☆☆☆

這本書的名字《非均質材料電磁力學與功能設計》聽起來就蘊含著豐富的知識寶藏。作為一名對材料科學充滿好奇的普通讀者,我希望能從中獲得一些關於材料如何“工作”的直觀理解,即使不深入到復雜的數學公式,也能明白其中的核心原理。比如,這本書是否能用生動的例子來解釋,為什麼有些材料能夠吸收雷達波,而有些材料卻能反射光綫?“非均質性”究竟是如何影響這些特性的?我希望書中能有一些圖示,能夠清晰地展示材料內部的結構,以及電磁波在其中傳播的路徑。同時,“功能設計”這個部分,我希望它能告訴我,科學傢們是如何“玩轉”這些非均質的材料,創造齣我們今天所使用的各種高科技産品,比如更快的通信設備,更精準的醫療成像技術,甚至是更節能的能源係統。

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