冶金传输原理基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:冶金工业出版社

作者:沈颐身

出品人:

页数:483

译者:

出版时间:2000-1

价格:49.00元

装帧:

isbn号码:9787502423803

丛书系列:

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• 沈颐身
• 冶金
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• 流体力学
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• 工业工程
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• 冶金工程

《材料的宏观世界：形变、断裂与失效的物理机制》 这是一部深入探索材料宏观行为背后物理原理的专著。本书旨在为读者构建一个清晰的图景，理解为何材料会发生形变、如何最终断裂，以及导致其失效的根本原因。不同于微观层面的原子键合与晶格结构研究，本书聚焦于材料在受力、温度变化、化学腐蚀等外部因素作用下，所展现出的整体性、尺度化的响应过程。 核心内容概述： 本书将材料的宏观行为划分为几个核心板块，并逐一进行详细阐述。 第一篇：宏观形变的基本原理 连续介质力学基础： 首先，本书将建立连续介质力学的基本框架，这是理解材料宏观形变的基石。我们将从应力（stress）和应变（strain）的概念入手，引入应力张量和应变张量，阐述它们在三维空间中的数学描述。读者将学习如何通过应力张量来定义材料内部单位面积上所受的力，以及应变张量如何描述材料几何形状的改变。本书将详细讲解应力与应变之间的关系，即本构关系（constitutive relations）。我们将重点介绍线弹性（linear elasticity）的假设，并推导出胡克定律（Hooke's Law）在各向同性材料中的具体形式，包括杨氏模量（Young's Modulus）、泊松比（Poisson's Ratio）、剪切模量（Shear Modulus）以及体积模量（Bulk Modulus）等关键力学参数的物理意义和测量方法。此外，本书还会探讨非线性弹性行为，如大变形下的材料响应，以及超弹性（hyperelasticity）材料在橡胶等高分子材料中的应用。 塑性变形的本质与规律： 塑性变形是材料在超过屈服极限（yield strength）后发生的不可恢复的形变。本书将深入剖析塑性变形的微观机制，包括位错（dislocation）的产生、运动与交互作用。读者将理解位错滑移（dislocation slip）是如何导致晶体材料发生塑性流动的，并学习描述位错密度演化和运动规律的模型，如Orowan方程。本书还将详细介绍宏观塑性本构模型，如屈服准则（yield criteria），包括冯·米塞斯（von Mises）屈服准则和莫尔-库仑（Mohr-Coulomb）屈服准则，它们如何描述不同材料在多轴应力状态下的屈服行为。我们还会探讨应变硬化（strain hardening）现象，即材料在塑性变形过程中屈服强度逐渐提高的机制，并介绍描述这种硬化的数学模型。此外，应变率效应（strain rate effect）和温度对塑性变形的影响也将被纳入讨论，这对于理解高速冲击或高温加工过程中的材料行为至关重要。 粘弹性与流变学： 许多材料，尤其是高分子材料和某些金属合金，在受力时会表现出粘弹性（viscoelasticity）行为，即同时具有弹性和粘性特征。本书将引入粘弹性力学，介绍标准线性固体模型、Maxwell模型和Kelvin-Voigt模型等经典粘弹性模型，并阐释它们在描述材料的应力松弛（stress relaxation）和蠕变（creep）现象中的作用。蠕变是在恒定载荷下材料随时间缓慢变形的现象，而应力松弛是指在恒定应变下材料应力随时间衰减的过程。本书将详细介绍如何通过松弛模量和蠕变柔度来表征粘弹性材料的动态行为，并讨论这些模型在预测材料长期性能时的局限性。流变学（rheology）作为研究物质流动和变形的学科，也将被引入，介绍牛顿流体和非牛顿流体（如剪切稀化、剪切增稠流体）的概念，以及它们的流变曲线和流变参数。 第二篇：材料的断裂与失效机制 弹性断裂力学： 断裂是材料在应力作用下发生宏观分离的过程。本书将从弹性断裂力学的角度出发，介绍断裂过程的能量学原理。我们将重点讲解应力强度因子（stress intensity factor, K）的概念，它是描述裂纹尖端应力场强度的关键参数。通过分析不同裂纹类型（如张开型、滑移型、剪切型）和几何形状下的应力强度因子公式，读者将能够预测裂纹在给定载荷下的扩展趋势。本书还将深入探讨断裂韧性（fracture toughness, KIC）这一材料的固有属性，它表征了材料抵抗裂纹扩展的能力。我们将讨论断裂韧性的测量方法，如三点弯曲试样实验，以及影响断裂韧性的因素，如材料微观结构、温度和应变速率。断裂的能量平衡分析，即Griffith理论及其后续发展，也将被详细介绍，阐明断裂发生所需的能量释放率（G）与表面能之间的关系。 塑性断裂力学与韧性断裂： 在许多实际情况下，材料在断裂前会经历显著的塑性变形，尤其是在室温和较低应变速率下。本书将引入塑性断裂力学，探讨裂纹尖端塑性区（plastic zone）的形成及其对断裂行为的影响。我们将介绍J积分（J-integral）作为描述裂纹尖端塑性应力-应变场的有效参数，它在一定条件下可以独立于裂纹扩展路径，成为一种更广泛的断裂韧性度量。韧性断裂（ductile fracture）的典型特征，如裂纹尖端的颈缩（necking）和孔洞聚集（void coalescence）过程，将通过显微图像和力学模型进行深入分析。本书还将探讨疲劳断裂（fatigue fracture）这一在重复应力作用下导致材料失效的普遍现象，介绍疲劳裂纹扩展的Paris定律（Paris' Law）及其应用，以及疲劳寿命的预测方法。 脆性断裂与失效模式： 脆性断裂（brittle fracture）是指材料在发生极小或无塑性变形的情况下突然断裂的现象。本书将分析导致脆性断裂的微观机制，如裂纹的瞬时失稳扩展。我们将重点讨论脆性断裂的典型案例，如钢在低温下的脆性转变（ductile-brittle transition temperature, DBTT）现象，并探讨影响脆性的因素，如材料成分、晶粒尺寸和加载速率。书中还将介绍其他常见的失效模式，例如： 蠕变断裂（Creep Fracture）： 在高温和恒定载荷下，材料由于长期蠕变而最终发生断裂。本书将探讨蠕变断裂的机制，如晶界蠕变（grain boundary sliding）和空洞形成（cavitation），并介绍预测蠕变断裂寿命的方法。 应力腐蚀开裂（Stress Corrosion Cracking, SCC）： 材料在同时受到应力和腐蚀性介质作用下发生的断裂。我们将分析SCC的机理，包括吸附、溶解、钝化膜破裂等过程，并介绍如何通过材料选择、环境控制和设计来预防SCC。 疲劳与断裂的耦合： 很多材料的失效并非单一机制作用的结果，而是多种因素的耦合。例如，疲劳裂纹在腐蚀环境中会加速扩展，形成腐蚀疲劳（corrosion fatigue）。本书将讨论不同失效模式之间的相互影响，以及如何综合考虑以进行更准确的失效评估。 第三篇：失效分析与预防策略 宏观与微观失效分析技术： 为了理解材料为何失效，失效分析（failure analysis）至关重要。本书将介绍一系列宏观和微观的失效分析技术。宏观层面，将包括对断口形貌（fractographic features）的观察，如疲劳辉纹（fatigue striations）、河流纹（river patterns）以及韧窝（dimples）等，它们能够提供关于断裂模式和载荷条件的重要线索。微观层面，本书将重点介绍扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscopy, SEM）在观察断口微观形貌、识别裂纹源和断裂机制方面的应用。能量色散X射线光谱（Energy Dispersive X-ray Spectroscopy, EDS）等分析手段也将被介绍，用于确定断口区域的化学成分，从而帮助识别腐蚀产物或夹杂物。还将简要介绍透射电子显微镜（Transmission Electron Microscopy, TEM）在揭示微观结构与断裂机制联系时的作用。 材料选择与设计原则： 基于对材料形变、断裂和失效机制的深刻理解，本书将提出材料选择与设计的核心原则。读者将学习如何根据应用环境、载荷条件和预期寿命，选择具有合适力学性能、抗腐蚀能力和稳定性的材料。本书将强调“安全性因数”（safety factor）的概念，以及如何在设计中权衡性能、成本和可靠性。例如，在承受交变载荷的应用中，优先选择具有高疲劳强度的材料；在腐蚀性环境中，则需要考虑材料的耐腐蚀性。 结构与工艺对材料行为的影响： 材料的宏观行为并非仅仅由其本身性质决定，其微观结构（如晶粒尺寸、相分布、缺陷密度）和加工工艺（如热处理、形变加工、表面处理）也起着至关重要的作用。本书将阐述这些因素如何影响材料的力学性能，例如，细化晶粒通常能提高材料的强度和韧性。热处理工艺，如退火、淬火、回火，如何改变材料的相结构和位错分布，从而影响其屈服强度、断裂韧性等。成形工艺，如锻造、轧制，如何引入加工硬化和织构，并最终影响材料在服役过程中的表现。 案例研究与工程应用： 为了将理论知识转化为实际应用，本书将精选一系列典型的材料失效案例进行深入剖析。这些案例将涵盖航空航天、汽车制造、桥梁建筑、能源设备等多个领域，涉及不同材料（如金属合金、陶瓷、聚合物、复合材料）的失效。通过对这些真实世界的案例进行系统分析，读者将能够学习如何将前面章节介绍的力学原理、失效机制和分析技术应用于解决实际工程问题。本书将强调从失效现象出发，反推材料、设计、制造或服役过程中的潜在问题，并提出有效的改进措施。 《材料的宏观世界：形变、断裂与失效的物理机制》是一部系统而深入的教材，它将带领读者穿越材料的微观世界，直观理解材料在宏观尺度下所展现出的丰富多样的行为。本书不仅为材料科学与工程专业的学生提供了坚实的理论基础，也为从事相关领域的工程师和研究人员提供了宝贵的参考。通过对材料形变、断裂与失效机制的深入剖析，本书致力于帮助读者更有效地设计、制造和使用材料，从而提升工程结构的可靠性和安全性。

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说实话，我买这本书纯粹是因为同行推荐，我当时对这本书的期望值并不高，总觉得这类技术性强的书籍，内容难免会有些刻板和枯燥。但翻阅之后，我的看法完全改变了。这本书最让我惊喜的一点是它的结构设计，它非常清晰地将理论基础和实际应用环节进行了无缝对接。前半部分铺垫了扎实的数学工具和基本假设，这一点是免不了的，但作者处理得非常巧妙，他总能在关键节点插入一些历史典故或者某个重要理论的提出背景，这让阅读过程多了一份人文色彩，而不是纯粹的公式推导。而到了中后部分，涉及具体的冶金工艺，比如连铸过程中的热量梯度控制、粉末冶金中的烧结致密化，作者给出的案例分析极其详尽。我特别对比了一下我手头其他几本同类书籍，这本书对“局部热点”和“浓度梯度”在复杂几何形状下的数值模拟结果展示得最为透彻。它不是简单地告诉你“应该怎么做”，而是深入剖析了“为什么会这么做”，以及在不同工艺参数变化下，传输行为会如何“反常”地演变。我发现，通过这本书，我能更精准地预测我的实验中可能出现的缺陷来源。这本书的价值在于，它不仅仅是知识的传递，更是一种解决复杂工程问题的思维方法的训练。对于那些渴望从“经验主义”转向“科学预测”的实践者，这本书提供的理论框架是极具指导性的。

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这本书带给我最直接的感受是“脉络清晰”。我经常阅读一些跨学科的专业书籍，很多时候会发现作者在不同章节之间存在逻辑断裂，或者概念定义不统一的问题。但这本《冶金传输原理基础》在这方面做得非常出色。作者构建了一个统一的理论框架，所有的现象——无论是热传导、动量传递还是质量扩散——都被统一在“势驱动”的原则之下。举个例子，在讲述湍流混合时，它没有把它当作一个孤立的流体力学问题来处理，而是将其与浓度梯度下的对流混合耦合起来分析，这种系统性的思考方式极大地提高了我的理解效率。我发现自己不再需要为每一种现象寻找不同的解释模型，而是可以通过调整“势函数”和“阻力系数”来统一描述它们。这种高度的概括性和一致性，是很多同类书籍所欠缺的。此外，书中对早期经典文献的引用也非常到位，使得读者能够追溯到知识产生的源头，而不是只停留在被简化或重构的现代结论上。对于从事新材料开发的人来说，理解这些基本原理的演变过程，有助于我们在面对全新合金体系时，能够快速地构建出有效的预测模型。这本书的价值，在于它提供了一张可以导航所有传输现象研究领域的全景地图。

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我对这本书的印象是，它在处理复杂多相流体和固体界面行为时，展现出了极高的学术水准。我关注的领域偏向于高温腐蚀和氧化物的生长动力学，这些过程本质上就是复杂的离子和电子传输问题。这本书中关于“扩散势垒”和“固溶体中组分迁移”的论述，其深度和广度都超出了我的预期。作者似乎对经典物理学和现代统计力学有着非常深刻的理解，他能够优雅地从微观的随机行走模型过渡到宏观的菲克定律的修正形式，每一步的逻辑跳跃都由严谨的推导来支撑。特别是关于“电化学梯度在熔体净化中的作用”这一章，它不仅仅停留在经典的电迁移理论，还结合了现代电化学测量技术的结果进行讨论，这显示了作者紧跟学科前沿的特点。当然，这本书对读者的数学背景有一定要求，如果你对偏微分方程和张量分析感到陌生，可能需要花费额外的时间去消化吸收。但正因为这种深度，使得它在很多研究生级别的课程中具有不可替代的地位。它不是一本用来快速翻阅的书，而是一本需要你带上笔和草稿纸，一步步去验证和理解的书。如果你想在传输现象的研究上建立起一个坚不可摧的理论堡垒，这本书无疑是绝佳的奠基石。

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这本书，我拿到手的时候，其实是抱着一种试试看的心态的。毕竟书名听起来挺“硬核”的，什么“冶金传输原理基础”，感觉像是给专业人士准备的教科书。我本身是做材料研究的，对热力学和相变这些还算熟悉，但涉及具体的“传输原理”，说实话，我之前接触得不多，总觉得有点抽象。刚翻开目录，里面的章节名称就挺吸引人的，比如“扩散动力学在高温合金中的应用”、“界面能对凝固过程的影响”，这些都是我在实际工作中经常遇到的瓶颈。作者的叙述方式非常注重从最基本的物理图像出发，这点我很欣赏。他没有一上来就堆砌复杂的数学公式，而是先用生动的语言和类比，把能量、动量和质量是如何在不同尺度上进行传输的过程描绘出来。特别是关于“非平衡态下的传输现象”那一章，作者引用了大量的实验数据和图表来佐证理论，使得原本晦涩难懂的理论变得直观易懂。阅读过程中，我感觉自己就像是站在一个微观的尺度上，观察着原子是如何跳跃，热量是如何在晶界处被“阻碍”或“加速”。这本书不仅仅是在罗列知识点，更重要的是，它在培养读者的一种“传输思维”，让我开始重新审视很多传统冶金问题背后的物理机制。总的来说，对于希望深入理解材料加工过程底层规律的工程师和科研人员来说，这本书绝对是一部值得仔细研读的参考书，它提供了一个非常扎实且富有洞察力的视角。

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坦白说，这本书的阅读体验是“高投入，高回报”的典型代表。它的排版和插图设计中规中矩，没有太多花哨的彩色图表，但关键的示意图和相图都非常准确。最值得称道的是它对于“边界条件”处理的细致入微。在实际的冶金操作中，比如快速冷却或者高真空下的蒸发过程，界面的反应速率往往成为整个过程的控制因素。这本书花了大量的篇幅专门讨论不同类型的边界条件（如固定浓度、固定通量、或反应控制边界）如何影响内部的传输速率分布。特别是对于涉及到相界面移动的问题，比如焊缝中的元素偏析，作者采用了一种动态网格或追踪法来阐述其数学描述，这在其他普及性的教材中是很难见到的深度。它迫使读者去思考，在瞬态过程中，我们对“稳态”的假设何时会失效。对于那些希望将理论模型转化为实际控制算法的工程师而言，书中关于如何处理非线性耦合方程组的讨论，提供了非常实用的指导。我个人认为，这本书的阅读难度虽然偏高，但它所带来的理论深度和工程适用性之间的平衡，使得每一次翻阅都能有新的收获，它无疑是一部可以伴随职业生涯成长的经典著作，而不是只在学习阶段用来应付考试的工具书。

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考完啦……噢耶~

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