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出版者:

作者:冼健生 编

出品人:

页数:149

译者:

出版时间:1993-2

价格:11.30元

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isbn号码:9787304007867

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• 机械设计
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• 实践指导

《工程材料力学分析与应用》 导言： 在现代工程领域，理解材料在各种载荷和环境条件下的行为至关重要。无论是桥梁的钢结构、飞机的复合材料机翼，还是微观世界的纳米器件，材料的力学性能直接决定了工程设计的可行性、安全性与可靠性。本书《工程材料力学分析与应用》旨在为工程师、研究人员和高年级学生提供一个深入的视角，去理解和掌握工程材料的力学特性，并将其有效应用于实际工程问题之中。本书并非一本泛泛而谈的理论手册，而是着重于将理论知识与实际应用紧密结合，通过系统性的分析方法和丰富的案例研究，帮助读者建立起扎实的材料力学分析能力。 第一章：材料力学基本原理回顾与拓展 本章将首先对材料力学中的核心概念进行系统性的回顾，包括应力、应变、弹性模量、泊松比等基本物理量。在此基础上，我们将深入探讨线弹性理论的局限性，并引入非线性材料行为的概念，如塑性变形、蠕变和疲劳。我们将解析屈服准则（如Von Mises准则和Tresca准则）在预测材料进入塑性状态中的应用，以及如何通过应力-应变曲线来描述材料的硬化行为。 此外，本章还将涉及材料的各向异性问题，特别是在复合材料和晶体材料中的体现。读者将学习如何通过张量表示法来描述各向异性材料的应力-应变关系，并理解其在工程设计中的重要性。弹性力学中的应力集中现象也将被详细讨论，通过解析和数值方法，探讨其对结构强度和寿命的影响。 第二章：结构材料的微观结构与宏观力学性能的关系 材料的宏观力学性能，如强度、韧性、硬度和疲劳寿命，均源于其内部的微观结构。本章将聚焦于探究这种内在联系。我们将从晶体学基础出发，解析金属材料的晶格结构、晶界、位错等微观缺陷如何影响材料的变形和断裂行为。位错理论将被深入剖析，阐述其在塑性变形过程中的核心作用，以及强化机制（如固溶强化、沉淀强化、位错强化）如何通过控制位错运动来提升材料强度。 对于高分子材料，我们将关注其链结构、交联程度、结晶度以及相态分布对力学性能的影响。读者将了解到不同类型的高分子（如热塑性塑料、热固性塑料、弹性体）在力学响应上的差异，以及如何通过分子设计和加工工艺来调控其力学性能。 陶瓷材料的微观结构，如晶粒尺寸、气孔率、第二相颗粒等，也将被仔细审视。我们将讨论陶瓷材料的脆性断裂机理，以及如何通过晶粒细化、引入增韧相来提高其断裂韧性。复合材料的微观结构，特别是增强体（如纤维、颗粒）与基体之间的界面性质，将是本章的重点。我们将分析界面对载荷传递、裂纹扩展的影响，并介绍界面设计的重要性。 第三章：先进材料的力学行为与表征 随着科技的进步，一系列新型工程材料不断涌现，它们在性能上展现出独特的优势。本章将聚焦于这些先进材料的力学行为。 复合材料： 我们将深入研究纤维增强复合材料（如碳纤维增强聚合物，CFRP；玻璃纤维增强聚合物，GFRP）的力学模型，包括层合板理论、失效准则和应力分析方法。将讨论单向层、交叉层叠层、角度层叠层的力学性能，以及湿敏性和温度效应。 金属基复合材料（MMC）： 阐述 MMC 的优势，如高比强度、比刚度，以及增强体（如陶瓷颗粒、碳化物）与金属基体之间的相互作用。 智能材料： 介绍形状记忆合金 (SMA) 的特殊力学行为，如马氏体相变和超弹性。同时，将探讨压电材料、磁致伸缩材料在传感和驱动方面的力学应用。 纳米材料： 关注纳米材料（如碳纳米管、石墨烯）独特的力学性能，如超高的强度和刚度。分析尺寸效应如何改变材料的力学行为，以及如何将其应用于增强宏观材料。 在本章中，还将介绍先进材料的力学性能表征技术，包括但不限于扫描电子显微镜 (SEM)、透射电子显微镜 (TEM) 在微观结构分析中的应用，以及原子力显微镜 (AFM) 在纳米尺度力学性能测量方面的作用。 第四章：材料的断裂力学与寿命预测 材料在实际工程应用中，往往会受到裂纹的影响，这些裂纹可能源于制造缺陷、应力集中或疲劳损伤。本章将深入探讨断裂力学，这门学科旨在理解裂纹尖端的应力状态以及材料抵抗裂纹扩展的能力。 我们将从线弹性断裂力学 (LEFM) 入手，介绍应力强度因子 (K) 的概念，以及其与裂纹尺寸、载荷和材料韧性的关系。读者将学习如何计算临界应力强度因子（断裂韧性 $K_{IC}$），并利用它来预测脆性断裂的发生。 随后，我们将进入弹塑性断裂力学 (EPFM) 的范畴，介绍 J 积分和裂纹尖端开口位移 (CTOD) 等参数，这些参数能够更准确地描述含裂纹结构在塑性变形下的行为。我们将讨论与断裂相关的失效模式，如脆性断裂、韧性断裂和疲劳断裂。 疲劳是材料在循环载荷作用下发生渐进性损伤直至失效的现象。本章将详细阐述疲劳的发生机制，包括裂纹萌生、扩展和最终断裂。我们将介绍 S-N 曲线（应力-寿命曲线）和 $Delta K$-N 曲线（应力强度因子范围-裂纹扩展速率曲线），并讨论如何利用这些数据来预测结构的疲劳寿命。此外，还将介绍一些提高材料抗疲劳性能的工艺方法。 第五章：数值方法在材料力学分析中的应用 在复杂几何形状、非线性材料行为或耦合场问题面前，解析方法往往难以奏效。本章将重点介绍数值方法在材料力学分析中的强大应用，特别是有限元方法 (FEM)。 我们将从有限元法的基本原理出发，讲解如何将连续体离散化为有限的单元，以及如何在这些单元内近似求解应力-应变关系。读者将学习单元类型选择、网格划分、边界条件施加和载荷施加等关键步骤。 FEM 在处理复杂应力集中、非线性材料行为（如塑性、蠕变）和接触问题中的优势将被详细展示。我们将讨论如何利用 FEM 来进行静态分析、动态分析、模态分析以及屈曲分析。 此外，本章还将简要介绍其他数值方法，如边界元方法 (BEM) 和离散元方法 (DEM)，并探讨其在特定工程问题中的适用性。通过介绍实际的 FEA 软件操作流程和实例分析，帮助读者掌握利用数值工具解决工程问题的能力。 第六章：特定工程领域材料力学分析案例研究 为了巩固所学知识并展示其在实际工程中的应用价值，本章将通过多个具体领域的案例研究来加深读者的理解。 航空航天工程： 分析飞机机翼、机身结构的应力分布，考虑复合材料在减轻重量和提高强度方面的作用，以及高温和载荷引起的疲劳问题。 汽车工程： 研究车身碰撞安全性，分析材料在吸收碰撞能量方面的表现，以及悬挂系统、发动机零部件的受力分析。 土木工程： 讨论桥梁、高层建筑结构的荷载承受能力，分析混凝土、钢材等材料在静载和动载下的力学响应，以及材料的耐久性问题。 生物医学工程： 探讨人工关节、骨科植入物的生物力学设计，考虑材料与生物组织的相互作用，以及长期服役下的疲劳和磨损。 能源工程： 分析风力涡轮机叶片、压力容器等在高载荷、高温或腐蚀环境下的设计，以及材料的蠕变和断裂问题。 每个案例研究都将围绕特定的工程问题，结合前面章节介绍的理论知识和分析方法，进行详细的力学分析和评估，并探讨材料选择和结构优化的关键考虑因素。 结论： 《工程材料力学分析与应用》旨在为读者提供一个全面且深入的材料力学学习平台。本书强调理论与实践的结合，通过对材料微观结构、宏观力学性能、断裂机制、先进材料行为以及数值分析方法的系统阐述，帮助读者建立起扎实的工程材料力学分析能力。我们相信，通过对本书内容的学习和掌握，读者将能够更自信地应对复杂的工程设计挑战，并为开发更安全、更高效、更可持续的工程产品奠定坚实的基础。

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我必须得说，这本书的深度和广度都超出了我的预期。很多市面上的学习指导书都只是对课本内容的简单梳理和习题解析，但这本书显然是倾注了作者多年一线工程经验的结晶。它在基础概念的阐述上非常扎实，基础打得牢，后续复杂的机构设计和运动分析自然就水到渠成了。我特别欣赏它对“优化设计”这一块的讲解，它不仅仅停留在告诉你如何满足强度和刚度要求，而是深入探讨了如何在满足功能的前提下，通过材料选择、结构简化、以及公差配合的合理应用，实现成本、重量和可靠性的最佳平衡。书中对于现代设计工具的使用也给出了很高的指导价值，比如如何有效地利用有限元分析（FEA）来验证设计，而不是盲目相信软件的计算结果。它强调的是“人机结合”，即工程师的判断力和经验是软件工具的灵魂。读完关于摩擦、润滑与密封这一章，我对轴承的选型和润滑剂的选择有了脱胎换骨的认识，不再是随意挑选一个标准件，而是能根据工况、转速和载荷进行系统性的评估和匹配。这本书极大地提升了我作为一个设计人员的系统思维能力。

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这本书的排版和结构安排可以说是教科书级别的典范。每一章节的逻辑递进都考虑得非常周到，从宏观的概念引入，到微观的参数计算，过渡得浑然天成，让人感觉阅读的阻力很小。我发现它在处理知识点的交叉引用方面做得尤为出色，比如在讲解齿轮设计时，它会及时回顾你在前面章节学到的材料疲劳知识，确保知识点是立体化、网络化的，而不是零散的碎片。另外，书中还收录了一些非常经典的、带有历史意义的设计案例，比如早期蒸汽机的连杆机构，通过这些“老”的设计，反过来可以更清晰地理解现代设计原则的由来和演变。这对于培养设计师的历史观和创新思维是很有帮助的。这本书对细节的关注体现在方方面面，连图例的标注和单位的换算都做得规范到极致，这对于一个习惯于粗枝大叶的工科生来说，是一种潜移默化的专业素养训练。它不像某些参考书那样为了追求新颖而堆砌最新的概念，而是脚踏实地地巩固那些经过时间检验的核心设计原则。

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从一个学习者的角度来看，这本书最大的价值在于它构建了一个强大的“知识框架”。很多时候我们学习专业知识就像在黑暗中摸索，不知道哪些是核心，哪些是枝节。这本书就像一个高明的向导，清晰地指出了机械设计这门学科的“骨架”在哪里——比如，可靠性是基础，效率是目标，成本是约束。所有的计算和分析都围绕这几个核心目标展开。我特别喜欢它在章节末尾设置的“设计思维训练”部分，这些不是简单的习题，而是开放式的设计挑战，要求读者综合运用本章乃至前面章节的知识来解决一个不明确定义的工程问题。这极大地锻炼了我的工程判断力和需求分析能力。例如，它会让你设计一个可以应对极端温差的密封系统，这立刻就把你从纯粹的力学计算中拉出来，引入了材料热胀冷缩和环境适应性的考量。这本书真的让我感觉自己不再是一个只会套公式的计算员，而是开始具备一个真正工程师的视野和解决问题的能力，它不仅是学习工具，更像是一位导师在耳边细细点拨。

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这本《机械设计基础学习指导书》简直是我的救星！我之前学机械设计基础的时候，感觉那些理论知识像天书一样，公式推导看得我头晕眼花，根本不知道这些东西在实际工程中到底有什么用。直到我翻开这本书，才发现自己之前走过的弯路有多么不值。它不是那种干巴巴的教科书，而是真正地把那些枯燥的力学原理、材料性能、结构设计方法，用非常直观、贴近实际工程案例的方式给串联起来了。比如讲到应力集中和疲劳强度时，它不是仅仅抛出一个公式让你背诵，而是会通过分析一个桥梁断裂或者一个传动轴失效的真实案例，让你亲身体会到设计中的每一个细节都可能决定成败。书中大量的图解和剖析图，把复杂的内部结构和受力情况展示得淋漓尽致，我以前总是在脑子里想象零件的受力状态，现在看着书上的动态示意图，瞬间就明白了。更让我惊喜的是，它在讲解一些经典的设计计算步骤时，还会提供一些“经验法则”和“快速估算”的方法，这对于我们在项目初期快速确定设计方案非常实用，而不是一开始就被精确计算的泥潭困住。这本书让我对机械设计从“畏惧”转变成了“探索”，真正体会到了设计背后的逻辑美感。

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说实话，我原本以为这本“学习指导书”可能偏向于应试教育，最多就是帮你顺利通过期末考试。然而，阅读过程中的体验告诉我，这书远比我想象的要“野”得多，这里的“野”指的是它对现实世界问题的捕捉能力。它并没有刻意回避那些教科书里通常会简化处理的非理想情况。比如，在讲到连接件的紧固时，它详细讨论了螺栓预紧力的松弛问题、扭矩扳手的使用误差，以及在振动环境下如何选用防松垫圈，这些都是标准教材里往往一笔带过，但实际工作中却是引发故障的常见元凶。对于动态特性分析，它也给出了非常实用的建议，如何判断一个机构是否会产生共振，以及如何通过改变质量分布或刚度来调整固有频率，避免灾难性的谐响应。这本书的语言风格非常严谨又不失启发性，它总是在关键知识点后留出思考空间，让你不自觉地停下来，联系自己见过的设备去印证书中的原理。它教会我的不仅是“怎么算”，更是“为什么要这么算”。

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