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出版者:第1版 (2002年8月1日)

作者:华乃导

出品人:

页数:363

译者:

出版时间:2002-8

价格:28.50元

装帧:平装

isbn号码:9787114043178

丛书系列:

图书标签:

• 船舶工程
• 船体结构
• 船舶建造
• 船舶修理
• 焊接技术
• 材料力学
• 海洋工程
• 船舶设计
• 维修工艺
• 造船工艺

《现代工程材料力学与结构分析》 图书简介 第一部分：材料科学基础与应用 本书深入探讨了现代工程结构中广泛使用的各类先进材料的微观结构、宏观力学性能以及在复杂服役环境下的行为机制。我们聚焦于材料的本构关系、疲劳、蠕变以及断裂行为的量化分析，旨在为工程师提供坚实的理论基础和实用的设计指导。 第一章：工程材料的微观结构与性能 本章首先回顾了晶体结构、晶界、位错等微观缺陷对材料宏观力学性能（如屈服强度、韧性、硬度）的影响机制。重点阐述了金属合金（如高强度钢、钛合金、铝锂合金）中相变、热处理工艺对其性能的调控作用。同时，本书也详细讨论了聚合物材料（如高性能复合材料基体树脂）的粘弹性行为，以及陶瓷材料的脆性断裂特征。材料的各向异性及其在应力作用下的响应规律是本章的核心内容。 第二章：先进材料的力学表征与测试 本章着重介绍现代工程中用于评估材料性能的关键力学测试方法。内容涵盖静态拉伸、压缩、弯曲试验的规范与数据处理；动态力学分析（DMA）在粘弹性材料研究中的应用；冲击韧性测试（如夏比V型缺口冲击试验）的原理与意义。特别地，我们详细解析了疲劳试验的设计、数据统计（如S-N曲线的构建与解读）以及高周疲劳与低周疲劳的差异。断裂力学基础，包括应力强度因子、裂纹扩展速率的测量方法，是本章的重点，为后续结构完整性评估打下基础。 第三章：功能性材料的力学响应 随着工程对材料多功能化需求的增加，本章探讨了具有特殊物理效应的材料——压电材料、磁弹性材料以及形状记忆合金（SMA）的力学行为。重点分析了这些材料在电场、磁场或温度变化耦合作用下的本构方程，以及如何利用这些效应进行智能结构设计和主动控制。 第二部分：结构力学与有限元分析 本书的第二部分将理论力学与实际工程结构分析相结合，侧重于复杂构件在各种载荷条件下的应力、应变分布的精确预测和评估。 第四章：连续介质的本构关系与本构方程 本章从张量分析的角度出发，系统地建立了适用于线弹性、弹塑性、粘弹性材料的应力-应变关系。详尽推导了广义胡克定律，并引入了摩尔-库仑准则、Mises屈服准则等在塑性分析中的应用。对于大变形问题，本章引入了拉格朗日和欧拉描述，并阐述了非线性材料模型（如超弹性模型）在有限元模拟中的必要性。 第五章：杆系结构与梁的理论分析 虽然现代工程更依赖数值方法，但经典梁理论仍然是理解结构受力的基石。本章复习了欧拉-伯努利梁理论和蒂莫申科梁理论的适用范围及局限性。详细分析了梁的剪力图、弯矩图的绘制方法，以及在集中载荷、均布载荷和温度梯度作用下的挠度和内力计算。对于高层结构和桥梁中的关键梁单元，本章还涉及了扭转问题的分析。 第六章：板壳理论及其工程应用 板和壳结构是航空航天、压力容器和建筑结构中的常见形式。本章从薄板和薄壳的微分方程出发，推导了经典的基尔霍夫-洛夫（Kirchhoff-Love）板理论和更通用的明德林-里斯纳（Mindlin-Reissner）板理论，后者考虑了剪切变形。重点分析了圆形板、矩形板在简支、固定等边界条件下的解析解，并为压力容器的封头和圆筒部分提供了设计校核依据。 第七章：有限元方法（FEM）基础与结构离散化 本章是全书的理论核心之一，系统介绍有限元分析的理论框架。内容包括：形函数（插值函数）的选择与构造、刚度矩阵的组装过程、边界条件的施加方式（位移边界条件与力边界条件）。本章详细讨论了单元选择对结果准确性的影响，特别是梁单元、三角形/四边形板单元的选择标准。 第八章：非线性有限元分析与求解技术 实际工程问题往往涉及几何非线性（大变形）、材料非线性（塑性、蠕变）和接触非线性。本章深入探讨了增量法的应用，包括牛顿-拉普森法、修正牛顿法等非线性方程求解算法。重点解析了在弹塑性分析中应力更新算法的实施，以及接触问题中惩罚法和增广拉格朗日法的优缺点比较。 第三部分：结构完整性与寿命评估 本部分将前两部分的知识融会贯通，专注于如何确保工程结构在预期寿命内的安全可靠运行。 第九章：结构稳定性分析 结构失稳是导致灾难性失效的重要原因。本章侧重于欧拉屈曲理论及其在细长杆件中的应用。对于更复杂的薄壁结构，本章介绍了李特尔伍德（Lighterwood）失稳分析的概念，并利用有限元方法进行了屈曲模态的计算，区分了线性（欧拉式）屈曲和非线性（后屈曲）分析。 第十章：疲劳寿命预测与损伤容限设计 基于已测得的材料疲劳数据，本章介绍两种主流的寿命预测方法：应力寿命法（S-N曲线）和应变寿命法（$varepsilon$-N曲线）。重点阐述了Miner线性累积损伤法则及其改进模型（如Rankine修正）。此外，损伤容限设计（Damage Tolerance）的概念被引入，讨论了如何通过裂纹扩展速率（Paris定律）来评估结构在给定裂纹尺寸下的剩余寿命。 第十一章：高级断裂力学与韧性评估 本章超越了线性弹性断裂力学（LEFM）的范畴，探讨了材料在发生塑性变形下的断裂行为。引入了弹塑性断裂韧性参数——$J$ 积分理论及其计算方法。对于厚大截面结构，本章还讨论了小样本和大样本（如试样尺寸效应）对断裂韧性测试结果的影响。 第十二章：先进结构诊断与无损评估 为了验证理论预测并实现结构全寿命周期管理，本章介绍了现代无损检测（NDT）技术在结构健康监测中的应用。内容包括超声波检测（UT）中的缺陷定位与定量分析、射线检测（RT）的原理以及红外热像法（IRFT）在识别内部损伤和应力集中区域的应用。本书旨在为结构工程师和材料科学家提供一个全面、深入且具有高度工程实用价值的参考工具。

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我对船舶的“修理”部分抱有极大的期望，尤其是在应对老化船体的结构延寿和特定区域的疲劳修复上。我一直想深入了解，对于那些已经服役超过二十年、船体重要受力区域出现微小裂纹的船舶，最佳的“加固”方案是什么？是采用传统的贴板焊接，还是使用更现代的、对原结构影响更小的粘接技术？《船体建造与修理工艺》在这方面的讨论显得非常谨慎和保守。它倾向于推荐最稳妥但可能成本高昂的替换方案，对于如何通过有限的干预来恢复结构完整性的创新思路着墨不多。此外，书中对于船体修理中的安全规程，特别是涉及高空作业和密闭空间作业时的风险评估与应急预案，也处理得比较简略。我更希望看到的是基于真实事故案例的深度剖析，解析错误修理是如何导致二次事故的，从而强化读者对规范操作的敬畏之心。总而言之，这本书更偏向于“建造”的流程梳理，而“修理”这一复杂多变的技术领域，探索得不够彻底。

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作为一名船舶设计专业的大四学生，我选择这本书的初衷是希望它能成为我毕业设计课题的理论支撑，特别是关于船体结构优化和减轻重量的现代设计理念。我非常渴望学习如何运用拓扑优化方法来设计更轻盈且受力合理的内部结构，或者了解如何在新规范下，如何通过增加加强筋的布局密度来平衡强度与成本。但是，这本书的笔触似乎还停留在上世纪末的设计哲学上。它的插图很多是简单的剖面图和几何示意图，对于复杂的应力流线分析图谱几乎没有涉及。例如，讨论到船体强度时，主要聚焦于传统梁柱体系的尺寸计算，而没有深入探讨如何结合CFD（计算流体力学）结果来优化外板的曲率以降低阻力，这在今天的船舶设计中是不可或缺的一环。读完后，我感觉自己对“如何做”的传统工艺流程是清楚了，但对于“为何要这样设计”的深层驱动力和前沿优化手段，这本书提供的启发非常有限，更像是在复习经典教材，而非探索未来技术。

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初次接触这本《船体建造与修理工艺》时，我期待它能像一本技术百科全书一样，涵盖从设计概念到最终下水的每一个关键节点，尤其是在“修理”这一块，希望能看到针对各种复杂腐蚀和疲劳损伤的系统性修复方案。我特别关注了关于特种钢材的无损检测方法，比如超声波相控阵技术（PAUT）在检测厚板内部缺陷时的具体应用参数和结果解读。然而，书中的检测部分相对笼统，更多地停留在传统的磁粉探伤和目视检查层面，对于更精密的声学和射线检测技术的深入讲解显得力不从心。更让我感到遗憾的是，在船体事故后的恢复性修理章节，它对结构损伤的严重性评估标准描述不够清晰，缺乏案例分析来佐证不同损伤程度对船舶复原性影响的量化数据。我希望看到的是基于国际海事组织（IMO）或船级社规范的、更具操作指导性的修理流程图和决策树，而不是泛泛而谈的“需要专业评估”。整体而言，它提供的理论基础是稳固的，但解决实际工程难题的“利器”似乎还不够锋利。

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这本《船体建造与修理工艺》的厚重感实在令人印象深刻，光是掂在手里就能感受到它所蕴含的知识量。我原本是希望能在其中找到一些关于现代数字化造船技术，比如如何利用先进的有限元分析软件来模拟焊接应力和形变，或者在模块化建造中如何优化资源配置的深度探讨。然而，翻阅了许多章节后，我发现这本书似乎更加侧重于传统的手工操作细节和较为基础的结构力学原理，对于我这种已经习惯了使用最新BIM工具进行设计和管理的工程师来说，内容的新鲜感略显不足。比如，在提到船体分段吊装时，书中详细描述了传统吊车作业的步骤和安全注意事项，这无疑是对初学者非常有价值的，但对于经验丰富的项目经理而言，我们更关注的是如何利用无人机进行实时结构健康监测，或者如何通过物联网技术追踪材料的供应链状态，这些更具前沿性的内容，在这本书里鲜有提及。它更像是一本扎实的、偏向于车间一线的操作手册，而非面向未来造船业发展的战略蓝图。如果能加入更多关于复合材料船体制造的工艺流程，或者自动化焊接机器人的编程与维护知识，那无疑会更具吸引力。

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我是一位资深的船厂质量控制（QC）经理，我希望这本书能为我们提供一套更严谨、更易于执行的质量控制标准和验收流程。特别是在船体内部涂装和防腐处理这方面，这是影响船舶寿命的关键因素。我期待书中能详细阐述不同等级的表面处理（如Sa2.5或喷砂等级）所需的具体工艺参数、环境湿度控制标准，以及如何使用膜厚仪等设备进行抽检的具体操作规范和允许偏差范围。然而，这本书在讨论涂装时，更多地集中于涂料的化学成分介绍，而非现场施工的质量管控细节。例如，在提到焊接后的缺陷返修时，它没有明确指出哪种返修方式（如打磨后重新焊接，还是局部切割更换）在不同应力区域是首选的，也没有提供一个明确的、可供QC人员直接对照的验收清单模板。这本书的质量管理部分显得有些“纸上谈兵”，缺乏那种在钢板堆场和焊缝旁产生的、充满实践智慧的指导性文件。

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