机械设计基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:高等教育出版社

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页数:0

译者:

出版时间:1900-01-01

价格:15.0

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isbn号码:9787040064728

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现代工程材料学：从微观结构到宏观性能的深度探索 图书定位与目标读者 本书《现代工程材料学》旨在为从事机械设计、材料科学、航空航天、土木工程、电子信息等领域的工程师、研究人员以及相关专业的高年级本科生和研究生提供一本全面、深入且具有前瞻性的参考教材。它超越了传统材料力学或材料学基础课程的范畴，聚焦于如何理解和调控材料的微观结构以实现特定的宏观工程性能，强调材料在实际应用环境中的行为预测与寿命评估。 核心内容模块与结构设计 本书共分为六大部分，共二十章，结构上遵循“基础理论—材料分类与应用—先进材料与前沿技术”的逻辑递进方式。 --- 第一部分：材料科学基础与结构-性能关系（第1-4章） 本部分是全书的理论基石，着重于建立材料性能与原子、晶体结构之间的内在联系。 第一章：工程材料的原子基础与键合 深入探讨金属、陶瓷、高分子三大类材料的原子排列方式、晶体结构（如体心立方、面心立方、六方紧密堆积等）及其对材料宏观性质（如密度、热膨胀系数）的决定性影响。重点分析离子键、共价键、金属键和范德华力在不同材料中的作用强度与形式。引入短程有序和长程有序的概念。 第二章：晶体缺陷理论及其对强度的影响 详细阐述线缺陷（位错）、面缺陷（晶界、孪晶界）和体缺陷（空位、间隙原子）的类型、形成机制及其在塑性变形、蠕变和断裂中的核心作用。通过 Burgers 矢量和位错运动的几何分析，解释加工硬化、固溶强化和沉淀强化的微观机理。 第三章：扩散、相变与热力学基础 基于非平衡态热力学和统计力学，分析材料中原子扩散的激活能和机制（晶格扩散与晶界扩散）。重点讲解相图（二元和三元系统）的解读方法，以及相变过程（如形核与长大理论）对材料组织结构的控制。引入 TTT 和 CCT 曲线在热处理工艺设计中的应用。 第四章：宏观力学性能的表征与测试方法 系统回顾拉伸、压缩、弯曲、扭转等基本力学性能测试的标准和数据处理方法。深入探讨硬度（布氏、洛氏、维氏）的物理意义，疲劳（S-N 曲线、高周疲劳与低周疲劳）、蠕变和断裂韧性（KIC 值、CTOD）的测试标准和影响因素。 --- 第二部分：经典工程材料的组织控制与应用（第5-10章） 本部分聚焦于工程中最常用的金属、陶瓷和高分子材料，强调其制备工艺与性能优化。 第五章：黑色金属材料的冶金与性能 详述钢铁材料的冷却速率、奥氏体转化机制。重点分析碳钢、低合金钢、不锈钢（奥氏体、铁素体、马氏体、双相钢）的微观结构控制。阐述调质、渗碳、渗氮等表面处理技术如何改变材料的服役性能。 第六章：轻质金属材料与高性能合金 深入研究铝合金（2xxx, 7xxx 系列）的时效强化机制，钛合金（α, β, α+β 型）的相变行为与焊接性。探讨镍基、钴基高温合金在航空发动机中的应用，聚焦于定向凝固与单晶技术在提升抗蠕变性能中的作用。 第七章：结构与功能陶瓷材料 区分结构陶瓷（如 Si3N4, SiC）和功能陶瓷（如压电陶瓷、铁氧体）。详细讨论粉末冶金技术在制备高纯度、高致密性陶瓷中的应用，及其脆性断裂的特点和增韧方法（如引入韧性相或纤维）。 第八章：高分子材料的结构与流变学 分析聚合物的分子链结构（线型、支化、交联）对其玻璃化转变温度（Tg）和熔点的影响。深入探讨高分子材料的流变学特性（剪切变稀、粘弹性），这对注塑、挤出等成型工艺至关重要。 第九章：复合材料的力学行为 重点分析纤维增强复合材料（如碳纤维、玻璃纤维）的界面化学、增强体铺层设计（层合板理论）。阐述连续纤维与短纤维复合材料在各向异性力学响应上的差异，并讨论复合材料的疲劳损伤累积模型。 第十章：智能与功能材料概览 介绍形状记忆合金（SMA）的马氏体相变，压电材料的机电耦合效应，以及磁性材料（如永磁体）的磁滞回线与居里温度。 --- 第三部分：材料的服役环境行为与可靠性（第11-15章） 本部分转向材料在真实工作条件下的退化机制，是保障工程安全的关键。 第十一章：材料的腐蚀与防护 系统阐述电化学腐蚀的机理，区分均匀腐蚀、点蚀、应力腐蚀开裂（SCC）。详细介绍金属的钝化层形成与稳定性，以及阴极保护、缓蚀剂、涂层等主要的防护策略。 第十二章：高温材料的氧化与热机械疲劳（TMF） 聚焦于材料在高温下受热循环应力影响的退化。讨论金属和陶瓷的氧化动力学，形成与控制氧化物鳞皮。分析热机械疲劳（TMF）与低周疲劳（LCF）的耦合效应及其对涡轮叶片寿命的限制。 第十三章：疲劳断裂的微观机制与寿命预测 深化对疲劳裂纹萌生、扩展和最终断裂过程的理解。引入 Paris 定律及修正模型，探讨高应力比和载荷谱对疲劳寿命的复杂影响。介绍无损检测（NDT）在疲劳损伤监测中的应用。 第十四章：断裂力学的深入应用 侧重于线性弹性断裂力学（LEFM）和弹塑性断裂力学（EPFM）。详细推导应力强度因子 $K_I$ 和 J 积分，用于评估结构在存在初始缺陷情况下的安全裕度。 第十五章：摩擦学与表面工程 探讨接触表面之间的摩擦、磨损和润滑机理。分析粘着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损的特征。介绍表面改性技术（如激光熔覆、PVD/CVD 涂层）如何显著提升接触部件的耐磨性和抗疲劳性能。 --- 第四部分：先进制造与材料的集成设计（第16-18章） 本部分关注新兴制造技术如何重塑材料的最终形态和性能。 第十六章：增材制造（AM）中的材料行为 专门探讨金属（如 SLM/EBM）和高分子（如 SLA/FFF）增材制造过程中的材料特性。分析快速凝固速率对晶粒尺寸、缺陷（如气孔率）和残余应力的影响，以及 AM 部件的后处理（热等静压HIP）对性能的改善。 第十七章：材料的计算模拟与材料基因组计划（MGI） 介绍计算材料学方法，包括密度泛函理论（DFT）在预测材料基态性质中的应用，以及分子动力学（MD）模拟在模拟位错运动和扩散过程中的作用。讨论数据驱动方法在加速新材料发现中的潜力。 第十八章：材料的连接技术 超越传统连接，探讨先进焊接（如电子束焊、激光焊）对热影响区（HAZ）微观组织的影响。深入分析粘接和钎焊技术在异种材料连接中的优势与局限性。 --- 第五部分：前沿材料与可持续发展（第19-20章） 第十九章：纳米材料与超材料 探索尺寸效应，如量子点、纳米晶体材料的独特性质。介绍具有特殊光学、电学响应的超材料结构设计原理。 第二十章：材料的可持续性与循环经济 分析关键战略金属的资源限制。讨论材料的生命周期评估（LCA），以及提高材料回收率、设计易于拆卸和再利用的结构的重要性。 --- 本书特色与价值 本书最大的特点在于深度整合了材料的微观结构、制备工艺、力学行为与服役环境失效机制。它不是简单地罗列材料的性能数据，而是强调因果关系——如何通过精确控制原子尺度和微观组织来设计出具有特定宏观性能的工程构件。大量的工程案例分析和仿真模拟结果穿插其中，确保理论知识与现代工程实践的紧密结合。全书配有丰富的插图、相图、显微组织照片和实例数据，旨在培养读者运用材料科学原理解决复杂工程问题的能力。

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说实话，我之前看过好几本相关的教材，但大多在**连接元件设计**这块儿写得比较单薄。但这本《机械设计基础》在这方面简直是教科书级别的存在。特别是在**紧固件连接**的处理上，它远远超出了仅仅计算螺纹强度和预紧力的范畴。它深入探讨了螺栓连接的“刚度特性”，详细分析了动载荷作用下连接件的松动倾向，并提出了多样的防松措施，每种措施的优缺点、适用场景和失效模式都分析得丝丝入扣。比如，对自锁螺母的摩擦力矩分析，它不是简单地给出一个经验系数，而是结合了螺纹的导程角和摩擦角来推导，非常严谨。更令人称道的是，它对**焊接和铆接**的对比分析。书中没有偏袒任何一种连接方式，而是从结构整体的刚度、抗疲劳性能、加工成本和装配便利性等多个维度进行了多标准的综合评估。读完这部分内容，我才真正理解为什么工程师在选择连接方式时需要权衡取舍，而不是盲目追求强度最大化。这体现了设计本身就是一种妥协的艺术，这本书成功地将这种设计哲学传递给了读者。

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这本《机械设计基础》的封面设计，说实话，有点过于……朴实了。拿到书的时候，我首先注意到的是那种略带陈旧感的纸张，让人感觉像是从图书馆的角落里偶然翻出来的宝物。内页的排版也挺传统的，没有太多花哨的图示或现代感的设计元素，但这一点反而让我觉得踏实。内容上，我对其中关于**材料力学**的部分印象最为深刻。作者似乎对静力学和材料的本构关系有着非常深入且清晰的理解。尤其是讲解拉伸、压缩和剪切时，那些经典的应力-应变曲线图，虽然没有用最新的三维动画模拟，但文字的描述非常精准到位，让人能够迅速抓住核心概念。我记得当时在学习梁的弯曲时，经常会混淆中性轴和形心轴的概念，这本书用一种近乎讲故事的方式，将几何性质与受力分析完美结合起来，使这个原本抽象的知识点变得可视化。此外，对于各种失效理论，比如最大剪应力理论和能量理论的对比分析，分析得极为透彻，不仅仅是罗列公式，更深挖了背后的物理意义，读完后感觉对工程实践中的安全系数取值有了更坚实的理论支撑。对于初学者来说，这无疑是一本打地基的绝佳读物，虽然封面不吸引人，但内里的干货绝对值得细细品味。

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我不得不提一下《机械设计基础》中关于**应力分析与疲劳寿命预测**的章节，这部分内容简直是高能预警，但同时也是收获最大的地方。作者对**二维和三维应力状态**的描述极其清晰，泊松比和主应力的推导过程毫不含糊，让人彻底明白了莫尔圆的几何意义。但真正让我感到震撼的是它对**疲劳设计**的讲解。它不仅讲解了S-N曲线，更重要的是，它将**表面处理技术**（如喷丸强化、渗碳淬火）对材料疲劳性能的改善效果，量化地融入到设计流程中。书中详细阐述了表面残余压应力如何有效提高构件的抗疲劳能力，并且结合了不同的载荷类型（脉动载荷、交变载荷）给出了不同的安全系数修正建议。这种将材料科学、表面工程与结构设计融为一体的叙述方式，非常符合现代机械工程师的知识结构需求。读完这一部分，我再看任何一个受力结构，都会不由自主地去思考其疲劳源在哪里，如何优化表面状态，而不仅仅是检查其静强度是否满足要求。这本书的价值，就在于培养了这种全面的、面向可靠性的设计思维。

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这本书的排版风格虽然传统，但其在**机械原理与机构分析**部分展现的严谨性，绝对是顶级的。我特别关注那些复杂机构，比如凸轮机构和棘轮棘爪机构。很多书会直接给出运动方程，但这本书却花了大量篇幅去解释如何通过瞬时速度分析来确定机构的死点，以及如何通过最小转动半径来避免机构卡死。作者对于**平面连杆机构**的设计方法论的介绍，从最初的图形法，到后来的解析法，层次分明，循序渐进。特别是对于压力角和曲柄摇杆机构的最小压力角控制，作者给出了非常实用的图解和简化判据，这对于我们自己动手进行机构初步布局设计时，提供了极大的便利。此外，书中对于**机械中的摩擦与磨损**也有独到的见解。它不仅仅停留在库仑摩擦定律上，而是引入了接触面积理论和磨粒磨损的微观机理，这让我意识到，设计一个可靠的机械系统，必须从微观层面去理解宏观的运动和失效。这种深度的挖掘，使得本书远超一般的入门教材的深度。

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初次翻阅这本《机械设计基础》，我的第一感受是内容编排的逻辑性极强，它不像某些教材那样将理论堆砌在一起，而是像一个经验丰富的老工程师在手把手地教你如何思考工程问题。最让我眼前一亮的是关于**机械传动系统**那一章节的详尽论述。它没有急于跳到复杂的齿轮设计公式，而是先花了大量的篇幅讨论了运动学分析，包括瞬时速度中心法在复杂机构中的应用，那段论述简直是精妙绝伦。然后，它自然地过渡到了动力学分析，特别是冲击和振动对传动效率的影响。书中对标准直齿圆柱齿轮的强度计算部分，平衡了经验公式与理论计算的结合，强调了疲劳强度在实际应用中的重要性，而不是仅仅停留在许用应力层面。我尤其欣赏它在介绍润滑和轴承选型时的那种务实态度。作者没有推荐任何特定的品牌或型号，而是详尽地解析了流体动力润滑的雷诺方程的物理意义，以及如何根据工作条件（温度、转速、载荷）选择合适的润滑剂类型。这使得我即使在面对一些非标准工况时，也能依据书中的原理进行初步的设计判断，而不是被固定的表格所束缚。整本书读下来，感觉像是获得了一套系统的“工程思维框架”。

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