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本科生课程:断裂力学 Fracture mechanics

2024春 

教学方式:板书授课
课程类别专业限选课
课程学分: 
课程简介:本课程以简单和循序渐进的方式讲述断裂力学的基本原理。断裂力学问题的主要组成部分包括1)裂纹体中的应力和应变场的确定以及2)裂纹扩展的断裂准则。我们将涵盖线性和非线性断裂力学概念,并着眼于裂纹尖端附近的分离机制。此外,根据具体情况,本课程还将部分涵盖黏附力学、动态断裂力学、界面断裂力学、相场断裂模型、柔性器件/微机电系统中的断裂力学问题等专题。
课程由两部分组成,其中
一部分:线弹性断裂力学 
    概论 pdf

    Griffith理论/思想 pdf

    Irwin裂纹尖端应力场 pdf

    KI, KII, KIII的确定 (含傅里叶变换法)pdf

    Westergaard应力函数(含III型各向异性) pdf

    Rice加权函数法 pdf

    断裂力学实验 

    Dugdale-Barenblatt模型

    J积分

    注:掌握第一部分内容后,基本可以使用、推导应力强度因子手册中大部分公式。

第二部分:断裂力学专题   

    薄膜断裂问题

    范德华力

    接触与粘附问题

    界面断裂 

    动态断裂

    注:第二部分内容涉及了少量的弹塑性、薄膜非线性、以及若干界面断裂问题,但缺少了对弹塑性材料的HRR理论以及Steady state断裂,后续可以在选修塑性力学后进一步补充。

    声明:上述笔记存在不少笔误,内容随着教学的进行也会微调,如感兴趣最新版的笔记请直接邮件联系我。

考核方法:作业 60% + 期中考试 30% + 大作业10%

    四次作业,其目的是练习课堂所授概念。在能帮助你理解和学习的前提下,欢迎学生与任何人(包括导师、其他学生,和我)讨论作业题目(除了个别指定题目外)。HW1 HW2 HW3 HW4
    两次随堂“测试”,每次两道题,其目的是巩固相关概念的理解。题目的类型和难度与作业相当,考试时可以查阅自己的课堂笔记和我认可的教科书。
    一次大作业,内容为调研断裂力学方面的相关(有趣的)实验,研读文献并在课堂汇报。其目的是学习文献中如何发现问题、提出模型、解决/回答问题的研究思路。

参考书目:   

    B.R. Lawn, Fracture of Brittle Solids, Cambridge University Press, 1975.(关于断裂力学的基础介绍,主要关注陶瓷和玻璃,以及材料科学方面)
    K.B. Broberg, Cracks and Fracture, Academic Press, 1999.(若有兴趣攻读固体力学研究生或断裂力学研究,可以研读这本优秀的断裂力学教材)
    J.R. Rice, “Mathematical Analysis in the Mechanics of Fracture”, in Fracture: An Advanced Treatise, vol. 2, ed. by H. Liebowitz, Academic Press, pp. 191-311, 1968. (作者是断裂力学先驱者,在线性和非线性断裂中的J积分、内聚力模型等方面有非常详细的阐述) 

    A.T. Zehnder, Fracture Mechanics, Springer, 2012. (优秀的的断裂力学教科书,其中包含了实验表征介绍的章节;可以通过北京大学内网下载电子版)



本科生课程:材料力学B Mechanics of Materials

2023春 (周培源班握手计划),2024春 

教学方式:板书授课
课程类别专业必修
课程学分: 
课程简介:材料力学课程作为一门基础的力学课程,具有固体力学引论的特性。通过材料力学的基本概念,拉伸和压缩,扭转与弯曲,复杂应力状态,压杆稳定性、弹性杆系能量法等内容,主要介绍弹性杆件和杆系结构在强度、刚度和稳定性方面的概念和计算方法等基础知识,为后续课程打下基础。

课程大纲:为了更好的与以学习过的理论力学和后续将要学习的弹性力学进行链接,我们微调了课程章节,并添加了部分训练性例题,具体如下:

    第一章 课程介绍以及基本概论 (4学时) Intro pdf

    第二章 拉伸与压缩 (5学时)pdf

    第三章 扭转 (5-6学时)pdf

    第四章 弯曲内力与应力 (6-7学时)pdf

        期中考试

    第五章 弯曲变形

    第六章 开口薄壁杆件

    第七章 压杆稳定性

    第八章 应力、应变分析和强度理论

    第九章 弹性杆系的一般性质

        期末考试

    声明:上述笔记存在不少笔误,内容随着教学的进行也会微调,如感兴趣最新版的笔记请直接邮件联系我。

参考书目: 材料力学(第三版),殷有泉,励争,北京大学出版社


研究生课程:表界面物理力Mechanics and Physics of Surfaces and Interfaces

2022秋 2023秋 
HW1 HW2 HM3 HW4 HM5 HM6 HW7
课程编号:08611650
授课对象力学、航空航天、能源环境、先进制造专业
教学方式:课堂板书为主
课程类别:专业选修课
课程学分:
课程简介:宏观中经常忽略的表面和界面作用在微米尺度或更小尺度下变得非常重要,甚至主导物质的物理/力学行为与性质。随着系统和工艺的不断缩小,对表界面物理和力学的理解愈发关键。常见的例子包括微电子、表面涂层、labs-on-a-chip、纳米制造、聚合物加工等工程系统,也有细胞运动、壁虎粘附墙壁等许多有趣的生物系统。
本课程将重点关注由表面或两相之间界面的存在而引发的物理和力学现象,包括接触、黏附、(反)润湿等经典问题。主要涉及表面张力、范德华力等表面和分子间作用力,梁、板、壳、固膜、液膜等研究对象。该课程的具体目标是:1.介绍范德华相互作用及其影响;2.介绍表面能/表面张力的概念及其应用;3.简介关于梁、板、壳、膜等连续介质力学的约化模型;4.研究和分析这些模型在表界面作用力下的静态和动态响应;5.培养一些对表界面物理和力学的建模技能。

课程大纲:为了实现上述这些目标,研究以下具体主题:

    第一章 概论 (3学时) Lecture 1
    第二章 范德华力、表面张力、界面应力的分子起源 (6课时)  Lecture 2 and 3
    第三章 涉及表面张力的静态液体平衡问题 (9课时) Lecture 4, 5 and 6
    第四章 涉及表面张力的可变形固体平衡问题 (6课时) Lecture 7 and 8
    第五章 表面张力驱动的流动与线性稳定性理论 (9课时) Lecture 9, 10, and 11
    第六章 表面张力诱发的动态弹性毛细现象 (6课时) Lecture 12 and 13
    第七章 固体接触、黏附、脱粘/断裂理论 (6课时) Lecture 14 and 15

    前沿专题(3-6课时)、结课报告 (3-6课时)

课程考核:平时作业(7次×10%/每次) + 结课项目(开题5%,摘要5%,报告20%)

参考书目:  

    Israelachvili, Jacob N. Intermolecular and surface forces. Academic press, 2011.(优秀教材,比较详细的介绍了表界面物理化学)
    D. Qu′er′e, F. Brochard-Wyart, and P.-Gi. de Gennes. Capillarity and Wetting Phenomena, Springer, 2004.(优秀的表界面现象参考书,但缺乏推导细节)
    Freund, Lambert Ben, and Subra Suresh. Thin film materials. Cambridge university press, 2004. (我们只关注部分章节,重点讨论固体薄膜材料)
    Barber, James R. Contact mechanics. Berlin: Springer International Publishing, 2018.(只关注这本书中的梁、板等约化模型章节)
    Maugis, Daniel. Contact, adhesion and rupture of elastic solids. Springer Science & Business Media, 2000.(优秀参考书,第一章详细介绍了范德华和表面张力的力学描述,此外我们还关注后续章节中的固体黏附部分)

    Barenblatt, Grigory Isaakovich. Flow, deformation and fracture. Cambridge University Press, 2014.(本课程只介绍书中固体断裂部分)

    赵亚溥,表界与界面物理力学,科学出版社 以及 纳米与介观力学,科学出版社. (本课程重点介绍这两部书中的黏附部分)

    此外,本课程还参考了德克萨斯大学奥斯汀分校的 Surface Phenonmena(Roger Bonnecaze)课程、牛津大学的 Topics in Fluid Mechanics(Dominic Vella、Andreas Muench)课程以及麻省理工大学的 Interfacial Phenomena (John Bush)课程。


研究生课程:接触力学 Contact Mechanics (计划中,暂无精力准备了.)


This page was most recently updated on the 13th of Dec, 2022.