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页数:312

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出版时间:2008-6

价格:32.00元

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isbn号码:9787121065590

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《材料力学：原理与应用》 作者： 机械工程学院 资深教授 蔡文涛 博士 出版社： 工业科技出版社 出版日期： 2024年10月 --- 内容提要 《材料力学：原理与应用》是一本面向土木工程、机械工程、航空航天、材料科学等相关专业高年级本科生及研究生的高级教材。本书旨在系统、深入地阐述描述固体材料在载荷作用下内部响应和宏观变形规律的基本理论、分析方法及其在工程实际中的广泛应用。 本书摒弃了传统教材中过于侧重公式推导和习题覆盖的模式，转而强调物理图像的建立、本构关系的理解、以及数值分析方法的引入，力求将抽象的力学概念与具体的工程问题紧密结合。全书结构严谨，逻辑清晰，内容涵盖了材料力学的经典理论、现代计算方法以及前沿的研究方向。 核心特色与结构安排 本书共分为十二章，从最基础的应力、应变概念入手，逐步深入到复杂的应力状态分析、材料本构理论、以及结构稳定性问题。 第一部分：基础与本构关系（第1-4章） 第一章：绪论与基本概念回顾 本章首先回顾了刚体平衡、约束、位移等基本概念，并引入了连续介质假设的核心思想。重点讲解了宏观尺度下描述物体形变程度的应变概念，特别是线应变、角应变和应变张量的坐标变换。强调了描述物体内部作用的应力概念，详细讨论了柯西应力张量的定义、分量、主应力概念及其几何意义。引入了应力-应变关系的本构关系的必要性。 第二章：线弹性材料的本构理论 本章是全书的基石。深入探讨了最常用的胡克定律在三维情况下的表达，包括弹性模量、泊松比、剪切模量等弹性常数之间的关系，并推导出各向同性弹性体的广义胡克定律。重点分析了平面应力状态与平面应变状态下的本构方程。此外，本章还专门辟出小节讨论各向异性材料（如复合材料或晶体）的本构描述，引入了材料对称性和本构张量的简化形式，为后续高级分析打下基础。 第三章：应力分析与等效应力概念 本章专注于复杂载荷下的应力求解。除了对梁的弯曲正应力和剪应力的传统计算外，重点讲解了扭转问题在圆形截面和非圆形截面上的解析解法（如圣维南扭转理论）。更重要的是，引入了莫尔应力圆（二维）和主应力分析（三维），帮助读者直观理解应力状态的旋转与转化。最后，详细阐述了屈服准则（如冯·米塞斯、特雷斯卡准则）和失效准则，解释了如何通过等效应力概念将复杂三维应力状态转化为单一的拉伸试验结果进行评估。 第四章：能量原理与虚功原理 本章将分析方法从平衡方程提升到能量层面。系统介绍了应变能密度的概念，推导了弹性体制内的总应变能公式。核心内容是虚功原理和最小势能原理（包括位移法的理论基础）。详细演示了如何运用虚功原理求解静不定结构中的力（如超静定梁的力法分析），并阐述了互等定理（如麦克斯韦-特列斯卡定理）的物理意义和工程应用。 第二部分：结构响应与高级分析（第5-8章） 第五章：结构变形的几何方程与位移求解 本章从位移（变形）的角度出发，建立了几何关系。重点讨论了梁的挠度和转角的微分方程，并系统求解了常截面梁在各种载荷下的解析解（挠度曲线）。对于更复杂的结构，如薄壁杆件的受压和受弯，引入了欧拉-伯努利梁理论和更精确的铁木辛柯梁理论的适用性比较。 第六章：组合应力与复杂结构分析 本章将前述的单元体分析方法应用于实际结构。详细分析了压力容器（薄壁圆筒和球壳）的内压应力分析，以及曲面梁、环形梁的应力特性。对于柱体、空心圆柱体在集中载荷和内/外压下的应力分布，进行了精确的解析推导。特别关注了应力集中现象，并引入了基于有限元分析（FEA）的应力集中区域评估方法。 第七章：结构稳定性：失稳与屈曲 本章聚焦于结构在受压时可能发生的突变——失稳问题。详细推导了欧拉临界屈曲载荷，并探讨了欧拉公式在不同端部约束条件下的应用。深入分析了实际柱子的屈曲行为，引入了名义屈曲强度、欧拉公式的适用范围以及容许应力设计法。对轻细杆件的非线性屈曲和更一般的杆系结构失稳进行了理论介绍。 第八章：疲劳、蠕变与材料的动态响应 本章关注材料在非静载荷下的长期行为。详细介绍了疲劳损伤的机理，包括低周疲劳和高周疲劳。系统讲解了S-N曲线、Miner累积损伤法则以及疲劳寿命预测方法。随后，讨论了材料在高温或高应力下的蠕变现象，并介绍了蠕变本构模型的选择。最后，简要介绍了冲击载荷下的材料响应和动态稳定性概念。 第三部分：分析工具与拓展应用（第9-12章） 第九章：截面几何性质与惯性矩 本章作为分析工具的补充，详细阐述了截面惯性矩、面积矩以及截面模量的计算，特别是对于不规则截面和复合截面的计算方法。引入了平行轴定理和转轴定理（惯性积的概念），为后续分析的坐标转换做好准备。 第十章：剪切流与薄壁开口截面扭转 本章专门处理薄壁结构在扭转下的特殊情况。详细阐述了剪切流的概念及其在梁弯曲剪应力分析中的应用。着重推导了薄壁开口截面的扭转理论，计算了平均剪应力和最大剪应力，并引入了圣维南变比扭转理论在工程近似计算中的应用。 第十一章：数值计算方法在材料力学中的应用 本章是本书的现代化特色。详细介绍了有限元方法（FEM）的基本思想，包括单元、节点、形函数和刚度矩阵的建立。通过实例演示了如何利用结构刚度法（位移法）求解复杂的超静定梁和桁架。虽然不深入编程细节，但旨在使学生理解现代工程软件（如ANSYS, ABAQUS）的内在工作原理。 第十二章：粘弹性与塑性基础 本章作为延伸阅读材料，为学生理解更复杂的非线性行为做铺垫。介绍了粘弹性材料的时效性特征，如蠕变和应力松弛，并介绍了经典的粘弹性本构模型（如开普勒模型、标准线性固体模型）。对于塑性力学，简要介绍了塑性铰、塑性变形的原理，以及极限载荷分析的基本概念。 教学理念 本书强调“从现象到规律，再到应用”的递进式学习路径。我们鼓励读者不仅要记住公式，更要理解公式背后的物理意义和适用范围。通过大量的工程实例（包括案例分析和典型问题求解），帮助读者建立起将理论知识转化为实际工程解决方案的能力。每章末均附有适量的概念性习题和计算性习题，并提供部分高难度问题的解题思路引导。 适用对象 机械工程、土木工程、车辆工程等专业本科高年级学生 相关专业研究生（作为入门或复习教材） 从事结构设计、分析与研究的工程师及技术人员

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本书在习题部分的设置，堪称是一大亮点，充分体现了其作为“教程”的实践导向。习题的难度梯度设置得非常合理，从基础的代数运算练习，到需要综合运用多学科知识的综合大题，层次分明。尤其值得称赞的是，针对每一类核心难点，作者都提供了详细的解题思路引导，而非仅仅给出最终答案。这种“授人以渔”的教学方法，远比单纯的答案堆砌更有价值。我个人体会最深的是，其中穿插的一些“思考题”，这些题目往往需要跳出常规的解题框架，鼓励读者去探索力学现象背后的物理本质，这种启发性的设计，对于培养学生的工程直觉和创新思维大有裨益。即便是作为教师的参考资料，这些习题的深度和广度也足以应对不同层次的教学需求。

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阅读过程中，我发现本书的语言风格在严谨性与可读性之间找到了一个非常微妙的平衡点。它没有为了追求所谓的“高深”而使用晦涩难懂的术语和过于冗长的句子，相反，表达清晰、直截了当。即便是涉及张量分析或材料力学中的复杂应力状态描述，作者也能用简洁明了的语言进行概括，辅以精确的数学表达，确保了信息传递的效率。这种风格对于需要大量阅读和演算的工科学生来说至关重要，因为过多的文字修饰只会徒增阅读负担。同时，书中的关键定义和定理都被加粗或用方框突出显示，使得快速检索和记忆核心知识点变得非常高效。这表明编者在撰写时，始终站在一个实际学习者的角度去审视内容的可操作性和效率。

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如果要从更宏观的工程教育视角来评价，这本书的视野显然超越了单纯的力学知识传授。它不仅仅是在教授“如何计算”，更是在培养一种“工程思维”。例如，在涉及结构动力学或疲劳分析的章节中，作者不仅详述了计算模型，还穿插了对实际工程事故案例的简要分析，提醒读者理论的局限性和安全裕度的重要性。这种将理论与工程伦理和实践风险相结合的叙事方式，为未来的工程师树立了必要的敬畏之心和责任意识。它在不知不觉中，将力学这门基础学科，提升到了一个关乎工程质量与社会安全的高度，使得学习过程不再是枯燥的符号游戏，而是对严谨科学态度的深刻实践。这种对工程素养的潜移默化培养，是任何一本优秀的教材不可或缺的价值所在。

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从内容组织和逻辑递进的角度来看，作者在构建知识体系时展现了深厚的功底。不同于某些教材上来就抛出大量抽象公式的叙事方式，这本书采取了一种由浅入深、循序渐进的教学策略。开篇部分，对基本概念和公理的阐述极其详尽，通过大量的实例引入，将抽象的力学原理与现实中的工程问题紧密地联系起来。例如，在介绍静力学平衡条件时，作者不仅给出了数学表达式，还结合了桥梁支撑、悬臂结构等多个场景进行可视化解释，使得学生能够直观地理解“力”在空间中的作用效果。这种注重物理图像建立的过程，极大地降低了初学者的入门门槛，避免了因为初期概念模糊而导致的后续学习障碍。后续章节的过渡也处理得非常平滑，前置知识点的应用在后续复杂问题的求解中得到了自然的复现和深化，体现了编者对教学规律的深刻洞察。

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这本书的装帧设计着实让人眼前一亮。封面采用了深沉的墨绿色调，配以烫金的标题字体，散发着一种沉稳而专业的学者气息。纸张的质感也相当不错，摸起来光滑细腻，翻页时那种沙沙的声响，让人感觉非常舒适。内页的排版布局也体现了设计者的匠心，文字与公式的间距处理得恰到好处，使得大段的理论推导在视觉上不会造成拥挤感。特别是那些复杂的结构图和受力分析图，线条清晰，标注规范，即便是初学者也能快速定位关键信息。装订方面，线圈装订的设计在实际使用中显得尤为贴心，无论是在实验室还是在图书馆，都可以轻松地将书本摊平，方便对照笔记和参考资料，这一点对于需要反复查阅和演算的工科书籍来说，无疑是一个巨大的加分项。整体来看，这本书在物理形态上，已经为高质量的学习体验打下了坚实的基础，让人在捧读之初就对内容充满了期待。

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