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出版者:化学工业出版社

作者:赵根立 编

出品人:

页数:327

译者:

出版时间:2007-10

价格:28.00元

装帧:

isbn号码:9787122011374

丛书系列:

图书标签:

• 建筑工程
• 结构工程
• 施工技术
• 问答
• 教材
• 考点
• 案例
• 实操
• 规范
• 图解

现代工程材料的力学性能与应用 本书将深入探讨一系列广泛应用于现代土木工程、机械制造和航空航天等领域的先进工程材料，重点分析其在不同载荷条件下的力学响应、失效机制及其在实际工程设计中的优化应用策略。 第一章：高强度钢材的微观结构与宏观力学行为 本章聚焦于新一代高强度低合金钢（HSLA）以及超高强度钢（UHSS）系列。我们将从晶体结构、位错运动和析出相的形成机制入手，详细解析这些微观特征如何直接决定钢材的屈服强度、极限拉伸强度和韧性表现。 1.1 强化机理的深度解析： 固溶强化与沉淀强化： 讨论不同合金元素（如铌、钒、钼）在钢基体中的溶解状态与析出物形貌对位错运动的阻碍作用。我们将通过透射电子显微镜（TEM）观察到的实际析出物图谱，建立微观组织参数与宏观力学性能之间的定量关系模型。 相变与塑性： 重点分析马氏体、贝氏体以及先进多相钢（如TRIP/TWIP钢）中的残余奥氏体扮演的角色。如何通过热机械控制工艺（TMCP）精确调控残余奥氏体的含量与分布，以实现强度和塑性的协同提升，特别是其在冲击载荷下的能量吸收特性。 1.2 断裂行为与疲劳寿命预测： 韧性-脆性转变温度（DBTT）： 探讨材料的冷脆敏感性，分析冲击功随温度变化的曲线，并介绍Charpy V型缺口冲击试验的结果判读标准。 低周与高周疲劳： 建立S-N曲线的统计学模型，并深入探讨Paris准则在裂纹扩展速率预测中的应用。对于承载结构，本章将详细阐述如何通过表面处理技术（如喷丸强化）来提高其表面残余压应力，从而有效抑制疲劳裂纹的萌生。 第二章：高性能混凝土的本构关系与长期性能 本章不再局限于传统的水泥砂浆强度测试，而是深入研究新型胶凝材料、骨料优化与纤维增强体系对混凝土本构行为的革命性影响。 2.1 非线性本构模型的构建与验证： 应力-应变全过程分析： 建立并对比现阶段主流的混凝土本构模型（如Modified-compression-softening模型、Lubliner-Owen模型），重点讨论高应变率（如地震作用下）混凝土的动态抗压强度折减系数。 温度与湿度耦合作用： 探讨长期温度变化对混凝土内部孔隙结构和弹性模量的动态影响。分析混凝土在不同相对湿度环境下的收缩与蠕变效应，并引入时间-温度等效原理来预测结构在数十年尺度上的应力松弛。 2.2 纤维增强复合材料（FRC）的界面力学： 纤维类型与铺设几何： 详细对比玄武岩纤维、碳纤维和聚合物纤维在提高混凝土抗拉强度和韧性中的差异。通过拉拔试验（Pull-out Test）分析纤维与基体之间的界面粘结滑移关系（Bond-Slip Law）。 后开裂行为： 深入研究纤维如何有效控制微裂缝的扩展，形成多裂缝网络结构。量化分析纤维体积率、长径比对材料残余抗拉强度的贡献，并展示其在结构抗震与抗冲击方面的优势。 第三章：复合材料的层合板理论与损伤容限设计 本章专注于航空航天及高端装备制造中不可或缺的纤维增强聚合物基复合材料（CFRP/GFRP）的力学分析。 3.1 古老与现代铺层理论： 经典层合板理论（CLT）： 详细推导$A, B, D$刚度矩阵的计算方法，明确区分平面应力、平面应变状态下的应力转换公式。重点分析[$pm heta$]型层合板在双轴拉伸载荷下的应力耦合现象。 非线性层间力学： 引入对层间剪切应力的精确评估方法，探讨影响层间性能的关键因素——树脂的玻璃化转变温度（Tg）和界面脱粘程度。 3.2 损伤模式的识别与量化： 多模式失效判定： 详细介绍 Tsai-Wu、Hashin 等失效准则在识别基体拉伸、纤维压缩和层间剪切失效中的适用范围和局限性。 渐进损伤分析（IDA）： 阐述如何通过引入损伤变量D来修正刚度矩阵，从而实现对复合材料在疲劳和冲击荷载下损伤演化的数值模拟，指导结构剩余寿命的评估。 第四章：粘弹性材料的流变学与结构响应 本章探讨高分子材料、沥青、某些特种密封材料等具有明显粘弹性特征的材料，它们在时间维度上表现出复杂的应力松弛与蠕变行为。 4.1 粘弹性本构模型的选择与参数辨识： 广义Maxwell与Kelvin-Voigt模型： 解释这些经典模型的物理意义，并展示如何利用拉伸流变仪（Rheometer）获取的松弛模量数据，通过Schapery或Prony级数法辨识出模型中的弹簧（弹性模量）和粘壶（粘度）参数。 时间-温度等效原理（TTSP）： 详细阐述如何通过水平移位因子（Shift Factor）将不同温度下的短期测试数据叠加成一个宽频率范围的参考曲线（Master Curve），从而预测材料在极低或极高操作温度下的力学表现。 4.2 结构在粘弹性环境下的动态响应： 阻尼特性分析： 探讨材料的内摩擦角（Loss Tangent, $ andelta$）与储能模量（Storage Modulus, $E'$）的关系，分析如何通过材料配方设计来优化其能量耗散能力，这在隔振降噪工程中至关重要。 蠕变破坏判据： 在持续载荷作用下，粘弹性材料的失效往往由蠕变累积导致。本章将介绍基于临界应变或临界松弛率的寿命预测方法。 第五章：先进功能材料的电磁-力耦合行为 本章关注新兴的智能材料，它们不仅表现出机械性能，同时其力学行为会受到电场、磁场或温度变化的显著影响。 5.1 压电/电磁弹性体（Piezomaterials）： 耦合本构方程： 建立电场-应变（或电位移）的本构关系，分析在外部机械应力作用下产生的电势（逆压电效应）以及在外部电场作用下引起的形变（正压电效应）。 传感器与驱动器的设计： 探讨如何利用这些材料设计高精度应变传感器、超声换能器或主动隔振系统，重点分析其耦合系数（$k$）对设备性能的影响。 5.2 磁流变弹性体（MRE）： 磁场诱导的刚度变化： 解释MRE内部磁性粒子在外部磁场作用下形成链状结构的过程，以及这种结构变化如何瞬时改变材料的模量和粘滞性。 应用案例分析： 重点分析其在可变阻尼器、仿生软体驱动器中的应用潜力，并讨论其响应速度和磁场饱和效应的限制。 --- 本书结构旨在为材料科学家、结构工程师和高级工程专业学生提供一个从微观到宏观、从静态到动态、从传统到前沿的全面力学性能分析框架。内容深度侧重于理论推导、实验验证方法及工程应用中的实际参数选取与模型校准，强调跨学科知识的融汇贯通。

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坦率地说，我最初对这类专业书籍抱持着一定的疑虑，总觉得技术性的东西很容易流于表面。然而，这本书在深度挖掘上展现出的韧性，彻底打消了我的顾虑。它没有满足于提供标准答案，而是对一些行业内长期存在争议的技术点进行了细致的剖析，甚至引入了不同的规范和学派观点进行对比，引导读者进行批判性思考。例如，在探讨大跨度结构体系的动力反应控制时，书中不仅列举了常用的减隔震技术，还深入分析了不同材料阻尼器的性能衰减曲线和寿命预期，这种超越基础知识的探讨，对于正在向更高层次迈进的专业人士来说，具有极高的价值。它迫使读者去思考“为什么”是这样，而不是仅仅停留在“是什么”，这份对知识深度的追求，是这本书区别于市场上其他同类出版物的核心竞争力所在。

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这本书的语言风格呈现出一种独特的沉稳和务实，充满了工程师特有的那种不事雕琢、直击本质的魅力。它很少使用华丽的辞藻来修饰概念，而是用精确的术语和无可辩驳的逻辑来构建知识体系。在阅读过程中，我发现自己不断地停下来，不是因为不懂，而是因为被那种朴素的逻辑力量所折服。比如，在讲解钢结构焊接质量控制时，作者用了非常简练的笔触，将焊缝超声波探伤的几个关键判据清晰地罗列出来，每一个词语的选择都恰到好处，没有一丝冗余。这种文字上的克制，反而增强了信息的密度和准确性。它给我的感觉是，作者在动笔之前，已经将所有复杂的现象进行了充分的内化和提炼，最终呈现给读者的，是经过千锤百炼后的精华，读起来酣畅淋漓，效率极高。

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这本书的叙事节奏把握得非常到位，它没有采用那种枯燥的教科书式说辞，而是巧妙地融入了一种对谈式的交流氛围。读起来就像是跟一位经验丰富的前辈在工地现场进行深入的技术交流，他总能在关键时刻抛出问题，然后给出深入浅出的解答。这种问答的结构，极大地增强了阅读的代入感和实用性。我尤其欣赏其中对于“现场突发状况处理”部分的描写，它并非泛泛而谈，而是聚焦于最容易出错的几个环节，例如混凝土浇筑时的温度控制、模板支撑体系的稳定性验算等，每一个小节都充满了实战智慧。作者似乎深谙工程师在实际工作中会遇到的各种“坑”，并提前为读者布好了局，让人在遇到类似问题时，能够迅速在脑海中定位到相应的解决方案。这种将理论与实践紧密结合的写作手法，比单纯的理论堆砌要有效得多。

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从宏观的视角来看，这本书在知识体系的构建上展现出了极高的完整性。它不仅仅聚焦于某个单一的结构类型或施工环节，而是将整个建筑结构从基础到主体，从静力到抗震，形成了一个逻辑自洽、相互关联的知识网络。我发现，当我理解了某一章节关于地基处理的内容后，再去看后续关于上部结构荷载传递的论述时，那种清晰的脉络感就自然而然地形成了。书中对不同专业领域之间的交叉点，比如结构设计与施工工艺之间的冲突与协调，也有独到的见解。它成功地搭建了一座桥梁，让习惯于图纸和计算的工程师，能够更好地理解现场施工的实际限制，反过来，也让施工人员能更深刻地领会设计意图。这种体系化的梳理，对于提升个人综合能力，实现跨领域的知识迁移，具有不可替代的作用。

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这本书的装帧设计着实让人眼前一亮，那种沉稳大气的封面配色，配上清晰有力的书名字体，一眼望去就给人一种专业、可靠的感觉。我是在一个偶然的机会下，在书店里翻阅到的，立刻就被它那种严谨的排版风格所吸引。内页的纸张质量也很好，翻阅起来手感舒适，长时间阅读也不会感到疲劳。更值得称赞的是，书中的图文排版非常考究，一些关键的结构图示清晰明了，即便是复杂的力学原理，也能通过直观的插图得到很好的解释。比如，我在研究某个新型连接节点时，书中提供的剖面图和施工步骤图，几乎是手把手地教你如何理解和操作，这种对细节的把控，体现了编者深厚的专业素养。整体来看，这本书不仅内容扎实，从设计角度出发的视觉呈现也达到了很高的水准，绝对是案头必备的参考资料，让人愿意反复翻阅，细细品味。

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