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出版者:科学出版社

作者:（德）L.普朗特

出品人:

页数:653

译者:

出版时间:2016-3

价格:68.00元

装帧:平装

isbn号码:9787030469762

丛书系列:力学丛书

图书标签:

• 物理学
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• 计算流体力学

《材料科学基础》 内容简介 本书旨在为学习材料科学的初学者提供一个全面、深入且易于理解的导论。我们深知，理解材料的内在结构、性质、加工以及性能之间的相互关系，是现代工程和科技发展的基础。本书力求构建一个逻辑清晰的知识体系，帮助读者从微观层面深入到宏观应用。 第一篇：材料的结构与微观世界 第一章：材料科学概论与研究方法 本章首先界定了“材料”的范畴，并阐述了材料科学在当代技术进步中的核心地位。我们将探讨从矿石到高科技器件的整个材料生命周期。随后，重点介绍材料研究的常用工具和技术，包括但不限于： 晶体学基础： 介绍晶体结构的基本概念，如晶胞、晶向、晶面指数（米勒指数）。重点分析立方晶系、六方晶系等常见金属的晶体结构，并解释密堆积的意义。 衍射技术： 深入讲解X射线衍射（XRD）的基本原理，如何利用衍射峰确定晶体结构和晶粒尺寸。简要介绍电子衍射和中子衍射的应用场景。 显微镜技术： 详细对比扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）的成像原理、优缺点及其在观察形貌、缺陷和微观组织方面的应用。 第二章：原子键合与能带理论 本章是理解材料性质的理论基石。我们将系统分析原子间的各种相互作用力： 化学键合类型： 详细讨论离子键、共价键、金属键和范德华力（包括伦敦色散力和偶极-偶极力）的本质、能量特征以及它们对材料宏观性质（如熔点、硬度、电导率）的影响。 能带结构： 结合量子力学概念，阐述自由电子理论和晶体周期势场下的电子行为。重点区分导体、半导体和绝缘体在费米能级和能带结构上的根本差异，为后续的电学性质分析奠定基础。 晶格振动与热学性质： 介绍晶格振动的概念（声子），并以此解释材料的比热容、热导率等热学性质随温度的变化规律。 第三章：晶体缺陷与非晶态结构 任何材料的性能都受到缺陷的深刻影响。本章侧重于缺陷的分类、形成机制及其对材料行为的调控作用。 点缺陷： 详述空位、间隙原子、自填原子、杂质原子等一维缺陷的统计热力学平衡浓度，以及它们如何影响扩散过程。 线缺陷（位错）： 深入探讨边缘位错、螺型位错的几何特征、应力场分布。至关重要地，讲解位错在塑性变形（滑移和攀移）中的核心作用，并引入位错密度与材料强度的关系。 面缺陷： 分析晶界（包括小角度晶界和大角度晶界）的结构和能量，阐明晶界在材料腐蚀、强化和电学性能中的作用。解释孪晶界、堆垛层错的形成与影响。 非晶态材料： 对比晶体与非晶态（玻璃态）的区别，探讨短程有序和长程无序的概念，并介绍玻璃化转变温度（Tg）。 第二篇：材料的性能与控制 第四章：金属的形变与强化 本章聚焦于金属材料的力学行为，这是工程应用中最关注的领域之一。 弹性形变： 阐述应力、应变的概念，胡克定律的适用范围。详细分析杨氏模量、剪切模量和泊松比的物理意义及其各向异性。 塑性形变机理： 建立在第三章位错理论基础之上，详细论述滑移系统的激活、多滑移和形变孪晶。 强化机制： 归纳总结主要的金属强化方法，包括：晶粒细化（Hall-Petch关系）、固溶强化、加工硬化（形变强化）、沉淀硬化和第二相钉扎（Orowan 机制）。 第五章：相图与热力学 理解材料在不同温度和压力下的稳定状态是工艺设计的前提。 热力学基础： 回顾吉布斯自由能（G）的概念，阐述相平衡的判据（dG=0），并引入化学势的概念。 单组元与双组元相图： 详细解读单组元相图（如水的相图）。重点分析双组元相图，包括组元间的溶解度、共晶点、共析点。 杠杆定律与冷却曲线： 熟练运用杠杆定律计算相区内各相的相对量。分析冷却过程中相变发生的顺序，并解释冷却曲线的意义。 Fe-C 相图精讲： 深入剖析铁碳合金相图，区分奥氏体、铁素体、渗碳体、珠光体和莱氏体，为后续的钢铁材料热处理做准备。 第六章：热处理工艺与组织控制 热处理是赋予材料特定性能的关键技术。 退火、正火与淬火： 详细解释这三种基本热处理工艺的目的、流程和对微观组织（如晶粒尺寸、残余应力）的影响。 回火： 阐述淬火后进行回火的必要性，分析低温、中温、高温回火的组织转变（如从马氏体到回火索氏体的转变），以及如何控制回火脆性。 相变动力学： 引入柯氏体（T-T-T）图和冷却转变（C-C-T）图，解释形核和长大过程的动力学控制，从而精确预测热处理后的组织形态。 第三篇：特定材料体系 第七章：陶瓷材料 陶瓷作为一类重要的无机非金属材料，其特性与金属和聚合物截然不同。 陶瓷的结构与键合： 解释离子-共价键在陶瓷中的主导地位，并讨论化学计量比、电中性和保罗晶体结构规则。 陶瓷的力学性能： 分析陶瓷的高硬度、高弹性模量与脆性的根源——缺乏有效的塑性变形机制（位错运动困难）。讲解断裂韧性的概念及其度量方法。 加工与烧结： 重点介绍粉末冶金技术，特别是烧结过程。解释烧结致密化、晶粒长大以及液相烧结的机理。 第八章：聚合物材料 本章探讨大分子材料的结构、行为和加工性。 聚合物结构基础： 定义聚合物的分子量、聚合度、拓扑结构（线型、支化、交联）。 构象与构型： 区分构型（顺式/反式）和构象（旋转异构体），解释这些对机械性能的影响。 粘弹性和粘弹性： 介绍聚合物区别于其他材料的粘弹性特征。阐述蠕变、应力松弛现象，并引入时间-温度等效原理（WLF方程的定性理解）。 热性能： 区分玻璃化转变温度（Tg）和熔点（Tm），解释聚合物的加工窗口。 第九章：复合材料与功能材料概览 复合材料： 介绍复合材料的概念（基体与增强相），分析纤维增强复合材料（如CFRP、GFRP）的性能增强机制，重点讨论取向对强度的影响。 功能材料简介： 对半导体材料（硅、锗）、磁性材料（硬磁与软磁）、以及压电材料进行简要介绍，突出其结构与特定电磁学或光学功能的关联性，为后续的专业学习埋下伏笔。 本书的编写风格注重理论的严谨性与工程应用的紧密结合，配有大量图示、计算示例和思考题，旨在培养读者严谨的材料思维。

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对于这本书的图表和插图，我也有很高的期望。流体力学中的概念，很多是抽象的，很难通过纯文字来完全表达。我希望《流体力学概论》能够配备高质量的图表和插图，能够清晰地展示流体的流动状态、压力分布、速度场等。例如，关于速度势和流函数，我希望通过图示来理解它们在描述二维流动中的作用。关于涡旋结构，我希望看到逼真的模拟图像，让我能够直观地认识湍流中的复杂运动。图文并茂的书籍，往往能大大提高阅读效率和理解深度，这是我非常看重的一点。

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我对这本书能否提供一些数值计算方法和软件应用的介绍也抱有期待。在现代工程和科学研究中，流体力学的计算往往需要借助计算机。我希望《流体力学概论》能够适当地提及一些数值模拟的方法，比如有限元法或有限差分法，并简单介绍它们是如何应用于解决流体力学问题的。如果能推荐一些常用的流体力学仿真软件，或者提供一些简单的算例，让我有机会在实践中体验流体力学的计算魅力，那将是非常棒的。我希望能了解到，在实际工程设计中，是如何通过数值模拟来优化结构，提高效率，降低风险的。

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这本书的名字叫《流体力学概论》，我一直对物理学中的这个分支很感兴趣，尤其是它在工程、气象、海洋学甚至生物学中的广泛应用，所以当我看到这本书时，就毫不犹豫地入手了。封面设计简洁大方，给人一种专业而不失亲和力的感觉。翻开扉页，首先映入眼帘的是作者的名字，虽然我之前并没有特别熟悉，但从书籍的排版和纸质来看，就知道这绝对是一本经过精心打磨的作品。我最期待的是它能否以一种易于理解的方式，为我揭示流体运动的奥秘。我希望它能从最基础的概念讲起，比如流体的定义、性质，然后逐步深入到流体的静力学和动力学。静力学部分，我希望能看到关于压力、浮力、表面张力等经典内容的详细阐述，并且最好能有一些贴近生活的例子，让我能更直观地理解这些概念。例如，为什么船能漂浮在水上？潜水艇如何实现上浮和下沉？这些问题如果能得到解答，那我对流体力学的兴趣会更加浓厚。

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如果这本书能涵盖一些关于边界层理论的内容，那我一定会非常惊喜。边界层理论在理解流体与固体表面之间的相互作用方面至关重要，尤其是在飞机翼型和船体设计中。我希望作者能够用通俗易懂的语言，解释清楚什么是边界层，它为什么会产生，以及它如何影响流体的阻力。我期待书中能够提供一些关于如何减小边界层阻力的策略，例如光滑表面处理或者特殊翼型设计。此外，如果能稍微涉及一些关于湍流和层流的区别，以及如何预测流体的流动状态，那对我来说将是极大的拓展。我一直对湍流现象感到好奇，它的随机性和不可预测性让它显得格外迷人，但同时也极具挑战性。

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当然，这本书最核心的部分，我认为还是流体动力学。这部分的内容往往最为复杂，涉及到的数学工具也比较多。我希望《流体力学概论》能够在这方面做得足够出色，能够在我这个初学者看来，不至于望而却步。我特别期待它能讲解清楚伯努利方程的原理和应用。这个方程在描述流体速度、压力和高度之间的关系方面至关重要，我相信它在解释飞机起飞、管道流动等现象时有着不可替代的作用。另外，关于粘性流和无粘性流的区别，以及雷诺数的作用，我也希望能有清晰的解释。粘性流体在流动时会产生摩擦和能量损失，这在实际工程中是必须考虑的因素。我希望作者能够通过生动的图示和实例，帮助我理解粘性力的概念，以及它如何影响流体的行为。如果能涉及到一些简单的方程推导，并且有详细的步骤说明，那对我来说将是巨大的帮助。

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我一直认为，一本好的科普书籍或教材，不应该只是知识的灌输，更应该激发读者的好奇心和探索欲。《流体力学概论》在这方面是否有潜力？我希望它能通过引人入胜的案例，展现流体力学的魅力，让我对这个领域产生浓厚的兴趣，甚至激发我进一步深入学习的动力。书中是否会介绍一些流体力学发展史上的里程碑式人物和他们的贡献？例如，阿基米德、牛顿、欧拉、纳维-斯托克斯等，他们的思想如何推动了流体力学的发展？了解这些历史背景，不仅能让我更好地理解理论，也能让我感受到科学的传承和进步。

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我非常看重一本书在教学上的严谨性和逻辑性。《流体力学概论》的作者在处理这个略显复杂的学科时，是否能构建一个清晰的学习路径？我希望它不是那种堆砌公式的教科书，而是能够循序渐进地引导读者理解每一个概念。从最基础的物质属性，如密度、粘度、可压缩性，到更复杂的流动方程，我希望书中能够提供清晰的定义和解释。我期待它能用简洁的语言来描述复杂的物理过程，并且避免过多的专业术语，或者在第一次出现时就给出明确的解释。如果书中能包含一些引导性的问题，或者在章节末尾提供一些思考题，那将更有助于我巩固所学知识。

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我对流体力学在自然现象中的展现也颇感兴趣。这本书能否带我领略流体力学在壮丽的自然景观中的应用？例如，河流的形成和演变，海浪的产生和传播，甚至是我们头顶上飘过的云朵，它们背后都有流体力学的规律在支撑。我希望作者能用优美的文字，结合精美的插图，为我描绘出这些自然之美，并用流体力学的原理来解释它们。我希望书中能够介绍一些经典的流体力学模型，比如纳维-斯托克斯方程，并解释它在描述各种流体现象中的重要性，即使不深入推导，也能让我对其有一个大致的了解。

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最后，我希望这本书能够提供一些关于流体力学的前沿研究方向的概述。虽然是“概论”，但如果能稍微触及一些最新的研究进展，比如微纳尺度流体、生物流体力学、计算流体力学的新突破等等，那将能让我感受到流体力学作为一门充满活力的学科，其不断发展的生命力。我希望它能引发我思考，未来的流体力学将会在哪些领域产生颠覆性的影响？在解决能源危机、环境保护、医疗健康等重大问题时，流体力学又能贡献怎样的力量？这能帮助我更宏观地把握这个学科的价值和意义。

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我本身对流体力学的应用场景非常好奇，这本书的“概论”二字也让我充满了期待。我希望它能不仅仅是停留在理论层面，而是能够将理论知识与实际应用紧密结合。例如，在航空航天领域，流体力学是如何帮助设计高效的飞机和火箭的？在天气预报中，流体力学又扮演着怎样的角色，帮助我们预测风暴和降雨？在城市规划中，流体力学知识如何用于解决排水系统和水利工程的问题？这些我都很想了解。我尤其关注书中是否有关于流体在管道中流动的章节，因为这涉及到我们日常生活中经常遇到的水管、燃气管道等。我希望它能解释清楚为什么水龙头的水流有时强劲有时微弱，以及如何通过调整管道设计来优化流体输送效率。

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很老的书了，应用讲的很多，可以当作课外阅读书籍帮助理解。

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