极端力学条件下的材料

彭金平

我们非常熟悉材料在常温、静载作用下的宏观力学性能，但如果将材料置于极端的力学条件下，材料的力学性能会发生哪些变化呢？本书从理论基础和实际应用两方面给出我们最详细的答案。书中详细综述了不同材料（金属、脆性材料、聚合物、含能材料等）在极端条件下力学性能的变化，描述了通过搭建实验平台从外部对材料施加诸如动态压缩、偏振冲击等动态和静态的极限载荷，讨论了在这些极端条件下材料的力学响应。

全书共9章：1.介绍了极端自然条件，包括火山爆发、海啸等，以及火山作用等对太阳系造成的影响，另外，从爆炸物、冲击波、应变速率等方面介绍了动力载荷的基本概念。2.提出了基本的分析框架，从载荷状态开始分析，包括屈服强度、弹性极限应力、极限拉伸强度、残余应变；进而对固体中的弹性波、冲击载荷、材料在受到外界强度后的反应、动态压缩后材料的应力释放以及多孔材料的压缩试验等进行了分析；还提及了数值模拟的相关内容。3.综述了给固体材料施加动态和静态的极限载荷，运用从弹性极限以及临界阀值等材料特性，来获取材料的响应；本章还详细介绍了实验中使用的静态高压设备，并且搭建了研究施加中等应变力的载荷以及冲击和准等熵的载荷的实验平台。4.本章主要介绍了监测刺激响应的方法；首先分析了需要测试的性能、实验的有效性等；然后介绍了不同的传感器，用于跟踪材料在动态载荷下的状态；还涉及到用动态X射线衍射的方法来获取材料晶格的信息。5.这一章重点分析了FCC（面心立方），BCC（体心立方），HCP（密排六方）三种金属材料在冲击压缩、拉伸断裂等极端条件下的力学性能改变（力学强度、剪切应力、状态转变、塑性形变等）。6.本章重点讨论了脆性材料的结构，分析了其脆性断裂、裂纹扩展速度等；研究了玻璃和多晶陶瓷材料在冲击载荷作用、动态压缩作用下的力学性能变化及材料相应的刺激响应。7.分析了聚合物的分类和性能，讨论了聚合物材料的高应变率载荷下的特性；以聚四氟乙烯（PTFE）、聚醚醚酮（PEEK）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）等聚合物为例，讨论了聚合物在外部施加动态压缩作用、偏振冲击作用下的力学响应。8.本章介绍了含能材料的分类和响应途径，研究了含能材料在动态压缩作用下的力学响应；同时，还涉及了引爆炸工程技术相关的内容。9.最后一章总结了宇宙中的凝聚物质的结构，以及这些物质在极端情况下（兆巴压力和10000K温度）的力学性能变化，还分析了材料在不同状态的极限载荷下的力学响应；并且纵观了整个宇宙的不同状态的物质（固体、液体、气体、等离子体）在极限自然条件下的力学性能变化，分析了这些力学性能变化对小行星的影响。

本书作者毕业于剑桥大学，他用毕生的精力研究了材料在极限条件下的性能变化。作者是美国物理学会凝聚态物质冲击压缩实验组的前任主席，曾在曼彻斯特、剑桥、帝国理工等校任教。作者还是英国原子武器研究所（AWE）杰出的科学家之一。因此，作为凝聚态物质研究领域的顶尖科学家的研究精华，该书值得收藏与阅读。

本书特别适合凝聚态物理、材料学专业的学者使用。对于研究金属材料、高分子物理、高分子化学、含能材料、爆炸工程力学、材料力学性能、地球物理学等领域的专家和研究者来说，本书无疑可以作为极具参考价值的工具书阅读。endprint