Continuum Damage Mechanics: A Continuum Mechanics Approach to the Analysis of Damage and Fracture

تحولات اخیر در مهندسی و فناوری، تقاضاهای جدی و گسترده‌تری را برای قابلیت اطمینان، ایمنی و اقتصاد در طیف گسترده‌ای از زمینه‌هایی مانند هوانوردی، مهندسی هسته‌ای، مهندسی عمران و سازه، خودروسازی و صنعت تولید ایجاد کرده است. این به نوبه خود باعث علاقه بیشتر به مکانیک آسیب پیوسته و کاربردهای مهندسی آن شده است.

این کتاب با هدف ارائه یک نمای کلی مختصر از وضعیت فعلی مکانیک آسیب، و سپس ارائه می‌کند. تا امکان جذاب این شاخه امیدبخش مکانیک را نشان دهد و یک کتاب درسی قابل فهم و مستقل در اختیار محققان، مهندسان و دانشجویان تحصیلات تکمیلی قرار دهد.

کتاب از دو بخش و یک پیوست تشکیل شده است. بخش اول به مبانی مکانیک آسیب پیوسته مربوط می شود. مفاهیم اساسی آسیب مادی و نمایش مکانیکی حالت آسیب در انواع مختلف در فصل‌های 1 و 2 توضیح داده شده است. مطالب به عنوان مبنایی سیستماتیک برای توسعه بعدی در سراسر کتاب شرح داده شده است.

بخش دوم کاربرد نظریه‌های بنیادی توسعه‌یافته در بخش اول را برای آسیب‌های معمولی و مشکلات شکستگی که در زمینه‌های مختلف مهندسی فعلی با آن مواجه می‌شوند، توصیف می‌کند. جنبه‌های مهندسی مهم آسیب‌های الاستیک-پلاستیک یا شکل‌پذیر، مدل‌سازی مکانیک آسیب و اصلاح بیشتر آن‌ها ابتدا در فصل 6 مورد بحث قرار می‌گیرد. مدل‌سازی مکانیک آسیب رفتار بسته شدن ترک پیچیده در مواد الاستیک-شکننده و کامپوزیت در فصل‌های 9 و 10 مورد بحث قرار گرفته است. مسائل به اختصار مورد بحث قرار می گیرند.

درک صحیح موضوع مستلزم دانش جبر تانسور و حساب تانسور است. بنابراین، در پایان این کتاب، مبانی تحلیل تانسور در پیوست ارائه شده است، به ویژه برای خوانندگانی با پیشینه ریاضی ناکافی، اما با علاقه شدید به این رشته هیجان انگیز مکانیک.

Recent developments in engineering and technology have brought about serious and enlarged demands for reliability, safety and economy in wide range of fields such as aeronautics, nuclear engineering, civil and structural engineering, automotive and production industry. This, in turn, has caused more interest in continuum damage mechanics and its engineering applications.

This book aims to give a concise overview of the current state of damage mechanics, and then to show the fascinating possibility of this promising branch of mechanics, and to provide researchers, engineers and graduate students with an intelligible and self-contained textbook.

The book consists of two parts and an appendix. Part I is concerned with the foundation of continuum damage mechanics. Basic concepts of material damage and the mechanical representation of damage state of various kinds are described in Chapters 1 and 2. In Chapters 3-5, irreversible thermodynamics, thermodynamic constitutive theory and its application to the modeling of the constitutive and the evolution equations of damaged materials are descried as a systematic basis for the subsequent development throughout the book.

Part II describes the application of the fundamental theories developed in Part I to typical damage and fracture problems encountered in various fields of the current engineering. Important engineering aspects of elastic-plastic or ductile damage, their damage mechanics modeling and their further refinement are first discussed in Chapter 6. Chapters 7 and 8 are concerned with the modeling of fatigue, creep, creep-fatigue and their engineering application. Damage mechanics modeling of complicated crack closure behavior in elastic-brittle and composite materials are discussed in Chapters 9 and 10. In Chapter 11, applicability of the local approach to fracture by means of damage mechanics and finite element method, and the ensuing mathematical and numerical problems are briefly discussed.

A proper understanding of the subject matter requires knowledge of tensor algebra and tensor calculus. At the end of this book, therefore, the foundations of tensor analysis are presented in the Appendix, especially for readers with insufficient mathematical background, but with keen interest in this exciting field of mechanics.