Generalized Continuum Mechanics and Engineering Applications

مفهوم جدید فراماده به طور فزاینده ای توجه فیزیکدانان و مهندسان مکانیک را به خود جلب می کند. چنین موادی با مونتاژ مناسب چندین عنصر منفرد به دست می‌آیند، اما معمولاً در زیرساخت‌های (شبه) دوره‌ای مرتب می‌شوند تا خواص مکانیکی جهانی عجیب و غریب را نشان دهند. در واقع، شکل خاص، هندسه، اندازه، جهت گیری و آرایش عناصر تشکیل دهنده آنها می تواند بر انتشار امواج نور یا صدا به نحوی که در مواد طبیعی مشاهده نمی شود، تأثیر بگذارد و خواص مواد را ایجاد کند که ممکن است منجر به کاربردهای مهندسی غیرمنتظره شود. به ویژه در طراحی و توصیف فرامواد، آن دسته از ریزساختارهایی هستند که تضادهای بالایی را در خواص مکانیکی خود نشان می دهند: این ریزساختارها، پس از همگن شدن، ممکن است رسانه های پیوسته تعمیم یافته، به عنوان مثال، گرادیان دوم یا میکرومورفیک تولید کنند.

چالش‌های علمی زیادی در رابطه با کاربرد نظریه‌های پیوسته تعمیم‌یافته برای توصیف و درک فرامواد با کارایی بالا قابل شناسایی است. در این کتاب، چهار زمینه بالقوه اصلی کاربرد نظریه‌های پیوسته تعمیم‌یافته، یعنی رفتار مکانیکی تقویت‌کننده‌های کامپوزیت فیبری، انتشار موج در فرامواد، رفتار مکانیکی بتن و بازسازی مکانیکی استخوان در حضور مواد قابل جذب زیستی را شناسایی و مورد بحث قرار می‌دهیم.

برای هر زمینه، ما تأکید می‌کنیم که چگونه استفاده از یک نظریه پیوسته تعمیم‌یافته می‌تواند برای توصیف اینکه چگونه حضور ریزساختار می‌تواند بر رفتار مکانیکی جهانی فرامواد در نظر گرفته شده کمک کند.

• چهار زمینه اصلی کاربرد تئوری های پیوسته را پوشش می دهد
• یاد بگیرید که چگونه از نظریه پیوستار تعمیم یافته برای توصیف اثرات ریزساختار بر رفتار مکانیکی مواد استفاده کنید
• رمزگشایی از خواص مواد که به برنامه های مهندسی شما کمک می کند

The new concept of metamaterial is increasingly attracting the interest of physicists and mechanical engineers. Such materials are obtained by suitably assembling multiple individual elements but usually arranged in (quasi-)periodic substructures in order to show exotic global mechanical properties. Indeed, the particular shape, geometry, size, orientation and arrangement of their constituting elements can affect, the propagation of waves of light or sound in a manner not observed in natural materials, creating material properties which may give rise to unexpected engineering applications. Particularly promising in the design and description of metamaterials are those micro-structures which present high contrasts in their mechanical properties: these micro-structures, once homogenized, may produce generalized continuum media, for example, second gradient or micromorphic.

Many scientific challenges related to the application of generalized continuum theories to the characterization and conception of high-performance metamaterials can be identified. In this book we identify and discuss four main potential fields of applications of generalized continuum theories, namely, mechanical behavior of fibrous composite reinforcements, wave propagation in metamaterials, mechanical behavior of concrete and mechanically driven remodeling of bone in presence of bio-resorbable materials.

For each field, we underline how the use of a generalized continuum theory can be of help for describing how the presence of microstructure can affect the global mechanical behavior of the considered metamaterials.

• Covers four main fields of the application of continuum theories
• Learn how to apply generalised continuum theory to describe the effects of microstructure on the mechanical behavior of materials
• Decipher the material properties which aid your engineering applications