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出版者:机械工业

作者:机械设计手册编委会

出品人:

页数:159

译者:

出版时间:2007-8

价格:22.00元

装帧:

isbn号码:9787111218685

丛书系列:

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• 机械设计
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现代工程材料科学基础 本书导言 在快速迭代的现代工程领域，材料的选择与性能已成为决定产品成败的关键因素。本书《现代工程材料科学基础》旨在为工程技术人员、科研人员以及高年级本科生提供一个全面、深入且与时俱进的材料科学知识体系。我们摒弃了传统教材中侧重于宏观力学性能的单一视角，转而聚焦于微观结构与宏观性能之间的内在联系，强调跨学科知识的融合，特别是材料的计算模拟与先进表征技术在材料设计中的应用。 第一部分：材料的微观结构与本征性能 本部分是理解所有工程材料行为的基石。我们首先从原子尺度出发，详细剖析晶体结构、晶格缺陷（点缺陷、线缺陷、面缺陷）的形成与运动对材料宏观性能的决定性影响。重点讨论了如何通过热力学原理预测稳定相的形成，并结合动力学理论，阐述相变过程的速率敏感性。 晶体学与对称性： 深入探讨布拉维点阵、密堆积结构（如FCC、BCC、HCP）及其对延展性和塑性的影响。特别引入了非晶态结构和准晶体的概念，对比分析其与传统晶体的结构差异及其在特定应用场景下的优势。 缺陷工程： 详尽阐述位错理论，包括位错的滑移、交割和缠结机制，这是理解金属塑性变形的精髓。此外，对晶界能、晶界扩散以及晶界对材料抗腐蚀性的影响进行了定量分析。 电子结构与能带理论： 从量子力学的角度解释金属、半导体和绝缘体导电性能的差异。详细论述了费米能级、态密度和有效质量的概念，并将其与半导体掺杂、带隙工程联系起来，为后续的电子材料章节打下基础。 第二部分：金属材料的本构关系与加工工艺 本部分聚焦于应用最广泛的金属材料，深入探究其在复杂载荷条件下的响应机制，并与实际生产工艺紧密结合。 强度、硬度与韧性： 传统的拉伸试验数据分析被扩展到蠕变、疲劳和断裂力学。重点引入了线性弹性断裂力学（LEFM）和弹塑性断裂力学（EPFM）的核心概念，如应力强度因子（$K$）、断裂韧度（$J$ 积分）以及裂纹尖端塑性区模型的建立，旨在指导安全寿命评估。 热机械处理（TMP）： 系统梳理了退火、固溶处理、时效强化、晶粒细化等关键热处理工艺的物理化学本质。强调了“控制变形”与“精确热控制”对材料微观结构（如析出相、晶粒尺寸、位错密度）的调控作用，这些调控直接决定了最终的机械性能包线。 结构钢与合金设计： 详细分析了铁碳合金体系中马氏体、贝氏体转变的动力学控制。对于先进高强钢（AHSS），如相变诱发塑性钢（TRIP）和双相钢（DP），本书着重剖析了其多相组织设计如何实现高强度与高塑性的协同提升。此外，非铁金属（如铝、钛、镍基高温合金）的强化机制，特别是固溶强化、沉淀强化、形变强化和晶界强化在航空航天领域的应用，进行了深入探讨。 第三部分：陶瓷、聚合物与复合材料 为了满足现代工程对轻量化、耐高温和多功能化的需求，本部分将视野拓展至非金属材料。 工程陶瓷： 讨论了氧化物、碳化物和氮化物的晶体结构特性。重点在于陶瓷的本征脆性及其克服方法，包括利用第二相颗粒增强（如SiC晶须）、界面调控以及利用压缩残余应力提高断裂抗力。对于高温陶瓷，其抗热震性能与热导率的平衡是关键讨论点。 高分子材料科学： 从链结构（分子量、拓扑结构）的角度解释聚合物的粘弹性行为。详细阐述了玻璃化转变温度（$T_g$）和熔点（$T_m$）对材料长期性能的影响。分析了交联、硫化等工艺如何将热塑性材料转化为热固性材料，并介绍了先进的复合材料基体如环氧树脂、聚酰亚胺的性能优势。 先进复合材料： 深入研究纤维增强复合材料（FRC）的宏观力学模型，包括混合律、应力分配模型及其在层合板设计中的应用。讨论了界面粘结的质量对整体材料性能的决定性作用，并探讨了碳纳米管和石墨烯在提升聚合物基体性能方面的潜力。 第四部分：材料的性能退化与服役可靠性 材料在实际服役环境中会经历各种形式的性能衰减。本部分聚焦于预测和预防这些退化过程。 腐蚀与表面工程： 不仅仅停留在电化学腐蚀理论（如能斯特方程、塔菲尔斜率），而是深入到局部腐蚀（点蚀、缝隙腐蚀）的机理分析。详细介绍了缓蚀剂的分子作用机制，以及表面涂层（如PVD/CVD工艺制备的硬质涂层）的阻隔效应与梯度设计。 疲劳与断裂的动态过程： 将疲劳寿命预测提升到更精细的尺度，讨论了低周疲劳（LCF）和高周疲劳（HCF）的本构模型差异。引入了基于损伤容限的疲劳设计方法，并阐述了环境对疲劳寿命的加速作用（如应力腐蚀开裂 SCC）。 辐照与老化效应： 针对核能和空间应用，分析了高能粒子（如中子、质子）对材料晶格和微观结构的损伤机制，包括空位和间隙原子的产生及其对材料脆化的影响。对于聚合物，详细分析了紫外线、热氧化等老化机制及其对材料力学性能的长期劣化规律。 第五部分：计算材料学与智能设计前沿 本部分体现了现代材料科学的前沿趋势，强调计算工具在材料研发中的核心地位。 第一性原理计算（DFT）： 阐述了密度泛函理论在预测材料基态能量、电子结构、形成能和稳定相方面的应用，为“从头设计”材料性能提供了理论支撑。 分子动力学模拟（MD）： 解释了如何利用牛顿运动方程对原子或分子级别的动态过程进行模拟，例如扩散、晶界迁移和熔化过程，以补充实验观测的不足。 材料信息学（Materials Informatics）： 介绍了如何利用大数据、机器学习（ML）模型对海量材料数据进行挖掘、预测新的材料组合或优化现有工艺参数。讨论了高通量计算与实验的结合（High-Throughput Screening）如何加速新材料的发现进程。 结语 本书的编写旨在培养读者将微观机制与宏观工程应用相结合的系统思维能力。我们力求所介绍的理论与案例均源自近十年来的前沿研究成果，确保内容的前瞻性与实践指导价值，使读者能够掌握现代工程材料科学的最新发展脉络。

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我最近在学习机械设计，尤其是在考虑一些实际工程问题时，经常会感到力不从心，细节太多，知识点也太散。我手上这本《机械设计手册》正好填补了这方面的空白。它不像教科书那样侧重于理论推导，而是更接地气，直接给出了很多实用的设计方法和参考数据。举个例子，当我需要设计一个轴承支架时，我不再需要从零开始搜索各种经验公式，手册里就详细列出了不同类型轴承的选择依据、安装注意事项，以及如何根据载荷和转速来校核轴承寿命。更让我惊喜的是，手册中还包含了一些常见机械零部件的标准图集和尺寸规格，这大大缩短了我的设计周期，也减少了因为参数错误而返工的几率。我最喜欢的部分是关于齿轮传动设计的章节，它不仅讲解了不同齿轮类型（直齿、斜齿、锥齿等）的特点和适用场合，还给出了啮合精度、强度计算以及润滑方式的详细指导。这种“傻瓜式”的指导，虽然我深知背后是复杂的工程学原理，但对于我这样一个需要快速掌握技能的人来说，实在是太有帮助了。它就像一个经验丰富的导师，在你迷茫时，递过来一本厚实的地图，告诉你前行的方向和路上的注意事项。

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我一直认为，很多技术书籍虽然内容翔实，但往往过于枯燥乏味，让人难以坚持阅读。《机械设计手册》在这一点上做得非常出色。我最先被吸引的是它的排版和图示。相比于一些只有文字和公式的书籍，这本书大量的图表、流程图和实际案例，让复杂的概念变得生动易懂。我最近正在研究液压系统的设计，手册中关于液压元件的原理图、典型回路图以及故障排除指南，都非常直观。通过观察这些图，我能够快速理解不同液压阀的作用，以及它们是如何组合成一个完整的系统。而且，它在讲解过程中，并没有回避一些技术难点，而是通过大量的图解和表格，将这些难点层层剖析。比如，关于密封件的选择，它不仅列出了不同材质的密封件的耐压、耐温范围，还配有详细的安装示意图，告诉你如何避免安装错误导致密封失效。这种“可视化的教学”方式，极大地提高了我的学习效率。我甚至觉得，这本书不仅仅是提供知识，更是在培养一种解决问题的思维方式，一种通过观察、分析和归纳来找到最佳解决方案的能力。

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作为一名已经工作多年的机械工程师，我对《机械设计手册》这本书的评价，更多的是基于其在实际工作中的指导意义。它不仅仅是一本工具书，更像是一本“设计师的圣经”。在我看来，这本书最大的价值在于其内容的全面性和专业性。无论你是在进行初步的概念设计，还是在进行详细的零部件深化，亦或是最终的装配调试，都能在这本手册中找到相关的参考信息。我印象深刻的是关于连接件设计的章节，它详细讲解了螺纹连接、铆接、焊接等不同连接方式的优缺点，以及如何进行强度校核和疲劳分析。这对于确保机械设备的整体可靠性至关重要。此外，手册中关于表面处理和防腐蚀的介绍，也为我在恶劣环境下工作的设备设计提供了宝贵的指导。我曾经遇到过一个项目，设备需要在潮湿多盐的环境下运行，通过查阅手册中的相关章节，我选择了合适的防腐蚀涂层和材料，成功地延长了设备的使用寿命。这本书的精髓在于，它能够将抽象的工程理论转化为具体的工程实践，让设计师能够快速找到解决问题的方案，并避免走弯路。它是一种“知行合一”的体现，将知识转化为力量，指导我们创造出更优质的产品。

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翻开这本《机械设计手册》，我最直接的感受就是其厚重感。它就像一位饱经风霜的老者，沉淀了无数的智慧与经验。我一直对机械领域充满好奇，尤其是那些精密复杂的零件是如何被设计出来，又如何协同工作的。这本书的内容，虽然我还没有完全消化，但仅仅是目录和前几章的浏览，就让我感受到了设计的严谨性。例如，关于材料选择的部分，它不仅仅是罗列了各种材料的性能参数，更是深入分析了在不同载荷、温度、腐蚀环境下，哪种材料是最佳选择，以及为什么。这种“知其然，更知其所以然”的讲解方式，对于我这种初学者来说，简直是及时雨。我特别关注了其中关于应力分析和变形计算的章节，虽然公式看得我头大，但通过图示和案例分析，我似乎能隐约看到设计者是如何通过数学模型来预测零件的受力情况，并确保其在长期使用中的可靠性。我甚至在想，那些我们日常生活中习以为常的机械设备，背后一定有无数工程师在这本手册的指导下，一丝不苟地进行计算和验证。这本书给我最深刻的印象是，它教会我不要只看到事物的表面，而是要深入理解其内在的运行逻辑和设计原理。

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自从拿到这本《机械设计手册》后，我几乎把它当成了一本“离线搜索引擎”来使用。我的工作涉及到一些比较特殊的机械结构，有时候会遇到一些前所未见的难题，需要快速找到相关的设计规范和解决方案。这本书的索引做得非常完善，当你遇到一个具体的设计问题时，可以通过关键词快速定位到相关的章节，找到所需的公式、参数和设计指南。我尤其欣赏它在一些设计细节上的深入探讨，例如，关于润滑系统的设计，它不仅讲解了润滑油的种类和粘度选择，还详细说明了不同润滑方式（滴油润滑、油浴润滑、强制润滑等）的适用范围和优缺点，以及如何设计合理的油路和油位监测装置。这种对每一个细节的关注，正是优秀机械设计的体现。而且，书中还包含了一些行业标准和设计规范的引用，这对于确保我的设计符合国家和行业的标准至关重要。我曾经因为不了解某个标准，导致设计方案需要修改，但有了这本书，我就能提前规避很多不必要的麻烦。它就像一位经验丰富的“老前辈”，在你需要时，慷慨地分享他的知识和经验，让你少走很多弯路，能够更专注于创新的部分。

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