材料力学

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出版者:清华大学
作者:范钦珊//殷雅俊
出品人:
页数:334
译者:
出版时间:2008-7
价格:29.00元
装帧:
isbn号码:9787302178286
丛书系列:
图书标签:
  • 物理
  • 材料力学
  • 工程力学
  • 固体力学
  • 结构力学
  • 力学
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  • 理工科
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具体描述

《普通高等院校基础力学系列教材•材料力学(第2版)》分为基础篇和专题篇。共12章。基础篇包括反映材料力学基本要求的轴向拉压杆件、材料的力学性能、连接件的剪切与挤压、圆轴扭转、弯曲强度与刚度、应力状态与强度理论、压杆稳定等教学内容,共9章;专题篇包括能量法、简单静不定系统、动载荷与疲劳强度等教学内容,共3章,供不同院校选用。根据不同院校的实际情况,基础篇所需教学时数约为32-48;专题篇所需教学时数约为16-24。

《工程材料的选用与设计》 本书深入探讨了工程材料在现代设计与制造中的关键作用,旨在为工程师、设计师及相关领域的学生提供一套系统性的理论指导和实践参考。全书围绕“材料选择”与“材料设计”两大核心,力求在理解材料固有属性的基础上,引导读者如何根据具体工程需求,优化材料的选用策略,甚至进一步探索材料的创新设计。 第一部分:材料基础及其性能表征 开篇,本书首先梳理了工程材料的分类体系,详细介绍了金属材料(包括黑色金属和有色金属)、高分子材料、陶瓷材料、复合材料以及新兴材料(如纳米材料、生物材料)的基本构成、微观结构特征及其对宏观性能的影响。 随后,本书花费大量篇幅详细讲解了材料的各项关键性能指标的测试方法、影响因素及工程意义。这包括: 力学性能: 深入剖析了抗拉强度、屈服强度、弹性模量、泊松比、伸长率、断面收缩率、硬度、疲劳强度、断裂韧性、冲击韧性等关键指标的定义、测量原理和在不同载荷条件下的失效模式。特别强调了这些性能参数如何直接关联到结构的安全性与可靠性。 物理性能: 涵盖了密度、导热系数、热膨胀系数、电导率、介电常数、磁性能等,并阐述了它们在特定应用场景下的重要性,例如在电子设备、热交换器、绝缘材料等领域的考量。 化学性能: 重点介绍了材料的耐腐蚀性(包括各种介质中的腐蚀机理和防护方法)、抗氧化性、耐磨性、耐高温/低温性能等,并结合实际应用案例,说明了如何通过材料选择来应对严苛的工作环境。 加工性能: 讨论了材料的可塑性、切削性、焊接性、铸造性、成形性等,这对于实际的制造过程至关重要。本书会详细介绍不同加工方式对材料性能的影响,以及如何选择易于加工且能满足性能要求的材料。 第二部分:材料选择的理论与方法 在扎实的材料基础之上,本书系统地介绍了工程材料选择的决策过程和常用方法。 需求分析与指标确定: 强调了在设计初期,准确理解产品的功能、使用环境、寿命要求、成本预算、环保法规等,是进行有效材料选择的前提。如何将模糊的需求转化为具体的材料性能指标,是本书的重点。 材料数据库与信息检索: 介绍了常用的材料数据库(如ASM Materials Information, MatWeb等)的使用技巧,以及如何高效地检索和筛选符合条件的材料信息。 多准则决策分析方法: 详细讲解了如何应用层次分析法(AHP)、加权评分法、模糊综合评价等多种定量和半定量方法,在众多备选材料中做出最优选择。本书会通过大量的实例,演示这些方法的应用过程。 Ashby 材料选择图的应用: 重点介绍了Ashby 材料选择图的原理和使用方法,它能够直观地将材料的多种性能以图谱的形式呈现,极大地简化了材料的初步筛选过程,尤其在轻量化和强度设计方面具有重要价值。 经济性与可持续性考量: 深入分析了材料的成本构成(包括原材料成本、加工成本、维护成本、报废回收成本等),以及材料的可持续性(如资源消耗、能源消耗、环境污染、可回收性等)在材料选择中的日益增长的重要性。 第三部分:面向特定应用的材料设计与优化 本部分将理论与实践相结合,重点探讨如何根据具体的工程应用领域,进行精细化的材料设计与性能优化。 结构件的材料设计: 针对汽车、航空航天、桥梁、建筑等领域的结构件,分析了如何通过材料选择和性能匹配,实现轻量化、高强度、高刚度、抗冲击和耐久性等目标。例如,在汽车行业,会探讨高强度钢、铝合金、镁合金、碳纤维复合材料的应用。 功能件的材料设计: 涵盖了电子器件、能源设备、医疗器械、生物工程等领域的功能材料设计。如导电材料、绝缘材料、磁性材料、压电材料、热电材料、生物相容性材料等的选择与优化。 表面工程与改性: 介绍了各种表面处理技术(如热处理、化学热处理、电镀、 PVD/CVD、喷涂、抛光等),以及它们如何改善材料的表面性能,如耐磨性、耐腐蚀性、导电性、外观等,以满足特定的应用需求。 材料的失效分析与改进: 讲解了常见的材料失效模式(如断裂、疲劳、蠕变、腐蚀、磨损等)的诊断方法,并基于失效机理,提出相应的材料选择改进或设计优化建议,以提高产品的使用寿命和可靠性。 新材料的开发与应用前景: 展望了金属增材制造(3D打印)材料、智能材料、功能梯度材料、纳米复合材料等前沿材料的发展趋势,及其在未来工程领域的潜在应用。 第四部分:案例分析与实践指南 本书的最后部分通过一系列贴近实际的工程案例,来巩固和深化前文所阐述的理论知识。这些案例涵盖了不同行业、不同复杂度的产品设计,如: 典型航空发动机叶片材料的选择与设计。 电动汽车电池包轻量化材料的解决方案。 高压输电线路导线材料的性能要求与选择。 高性能医疗植入物材料的生物相容性与力学设计。 智能手机屏幕盖板材料(如陶瓷、特殊玻璃)的性能权衡。 通过对这些案例的深入剖析,读者将能够学习到如何在复杂的工程问题中,运用本书提供的理论工具和方法,进行系统性的材料选择和设计决策。 本书语言严谨,逻辑清晰,配以丰富的图表和数据,旨在帮助读者构建坚实的材料知识体系,并掌握解决实际工程问题的能力。无论您是初入工程设计领域的学生,还是经验丰富的工程师,本书都将是您宝贵的参考书。

作者简介

范钦珊,清华大学教授,博士生导师。历任清华大学教学委员会委员、专业技术职称评审委员会委员、工程力学系学术委员会委员、材料力学教研室主任、同体力学教研室副主任、教育部工科力学课程教学指导委员会副主任、基础力学课程指导组组长、国家面向21世纪力学系列课程教学内容与体系改革项目总负责人。

长期从事“非线性屈曲理论与应用”、“反应堆结构力学”、“结构的疲劳与寿命”、“输电线路导线的非线性运动与舞动”、“输电线路铁塔的优化与CAD设计”等方面的研究。同时,从事“材料力学”、“工程力学”、“反应堆结构力学基础”、“板壳应力与设计”、“非线性弹性稳定理论”等本科生和研究生课程的教学工作及“材料力学”和“工程力学”计算机辅助教学软件的研制与开发工作。

出版教材、专著与译著18部共约700余万字;在国内、外发表各类学术论文70余篇。

1979年获全国优秀科技图书奖,1989年获国家级优秀教学成果奖,1995年、1996年获电力部、核工业部科技进步二等奖,1993年获北京市优秀教学成果奖,1993年、1997年两次获国家教委优秀教材奖,2001年获清华大学优秀教材一等奖、全国高等学校自然科学二等奖、电力部科技进步一等奖、北京市优秀教学成果一等奖、国家优秀教学成果二等奖、国家科技进步二等奖。

殷雅俊 1964年生。1985年毕业于清华大学水利工程系水力机械专业。1988年获清华大学力学系固体力学专业硕士学位。1995 1998年,获日本政府奖学金,在广岛大学从事特别博士课程的学习和研究,1998年,在日本广岛大学机械系获工学博士学位。1998 2004年,先后任清华大学力学系助教、讲师、副教授。2004年至今,任清华大学航天航空学院力学系教授、博士生导师。现任清华大学国家基础课程力学教学基地负责人、清华大学国家精品课程“材料力学”负责人、清华大学国家级力学实验教学示范中心常务副主任。

1993—1994年,作为Research Fellowship访问荷兰Delft大学。20002001年,受Japan Trust基金会和Japan Key Technology Center的资助,任日本石川岛重工(IHI)基础技术研究所海外研究员。先后获清华大学教学优秀奖、宝钢教育基金会优秀教师奖、北京市高等教育教学成果一等奖和国家级高等教育教学优秀成果二等奖。主要从事固体力学和生物力学研究。1998—2003年,从事细观损伤力学研究,主攻研究方向为材料的细观损伤本构理论及其应用。2003年至今,从事生物力学研究,主攻研究方向为微纳米生物力学与几何学和超级碳纳米管力学与分形几何学。在国际刊物上发表SCI论文30多篇。

目录信息

基础篇第1章 材料力学概述 1.1 “材料力学”的研究内容 1.2 杆件的受力与变形形式 1.3 工程构件静力学设计的主要内容 1.4 关于材料的基本假定 1.5 弹性体受力与变形特征 1.6 材料力学的分析方法 1.7 内力与内力分量 1.8 应力及其与内力分量之间的关系 1.9 应变以及应力-应变关系 1.10 结论与讨论 习题第2章 轴向载荷作用下杆件的材料力学问题 2.1 轴力与轴力图 2.2 轴向载荷作用下杆件横截面上的应力 2.3 最简单的强度问题 2.4 轴向载荷作用下的变形分析与计算 2.5 两种典型材料拉伸时的力学性能 2.6 两种典型材料压缩时的力学性能 2.7 结论与讨论 习题第3章 连接件的剪切与挤压强度计算 3.1 铆接件的强度失效形式及相应的强度计算方法 3.2 焊缝强度的剪切假定计算 3.3 结论与讨论 习题第4章 圆轴扭转时的强度与刚度计算 4.1 外加扭力矩、扭矩与扭矩图 4.2 剪应力互等定理剪切胡克定律 4.3 圆轴扭转时横截面上的剪应力分析与强度设计 4.4 圆杆扭转时的变形及刚度条件 4.5 结论与讨论 习题第5章 梁的剪力图与弯矩图 5.1 工程中的弯曲构件 5.2 梁的内力及其与外力的相互关系 5.3 剪力方程与弯矩方程 5.4 剪力图与弯矩图 5.5 载荷集度、剪力、弯矩之间的微分关系 *5.6 刚架的内力与内力图 5.7 结论与讨论 习题第6章 梁的应力分析与强度计算 6.1 与应力分析相关的截面图形几何性质 6.2 平面弯曲时梁横截面上的正应力 6.3 梁的强度计算 *6.4 弯曲剪应力分析 6.5 斜弯曲的应力计算与强度设计 6.6 弯矩与轴力同时作用时横截面上的正应力 6.7 结论与讨论 习题第7章 梁的变形分析与刚度问题 7.1 梁的变形与梁的位移 7.2 梁的小挠度微分方程及其积分 7.3 叠加法确定梁的挠度与转角 7.4 梁的刚度问题 7.5 简单的静不定梁 7.6 结论与讨论 习题第8章 应力状态与强度理论及其工程应用 8.1 应力状态的基本概念 8.2 平面应力状态任意方向面上的应力 8.3 应力状态中的主应力与最大剪应力 8.4 应力圆及其应用 8.5 一般应力状态下的应力-应变关系 8.6 一般应力状态下的应变能密度 8.7 强度理论概述 8.8 关于脆性断裂的强度理论 8.9 关于屈服的强度理论 8.10 圆轴承受弯曲与扭转共同作用时的强度计算 8.11 圆柱形薄壁容器的应力分析与强度设计简述 8.12 结论与讨论 习题第9章 压杆的稳定问题 9.1 压杆稳定的基本概念 9.2 两端铰支压杆的临界载荷欧拉公式 9.3 不同刚性支承对压杆临界载荷的影响 9.4 临界应力与临界应力总图 9.5 压杆稳定性设计的安全因数法 9.6 结论与讨论 习题专题篇第10章 材料力学中的能量方法 10.1 基本概念 10.2 互等定理 10.3 虚位移原理、各种受力形式下内力虚功的表达式 10.4 莫尔方法 10.5 应用于直杆的图乘法 10.6 结论与讨论 习题第11章 简单的静不定系统 11.1 静不定系统的几个基本概念 11.2 力法与正则方程 11.3 对称性与反对称性在求解静不定问题中的应用 11.4 空间静不定结构的特殊情形 11.5 图乘法在求解静不定问题中的应用 11.6 结论与讨论 习题第12章 动载荷与疲劳强度概述 12.1 等加速度直线运动时构件上的惯性力与动应力 12.2 旋转构件的受力分析与动应力计算 12.3 构件上的冲击载荷与冲击应力计算 12.4 疲劳强度概述 12.5 疲劳极限与应力-寿命曲线 12.6 影响疲劳寿命的因素 12.7 基于无限寿命设计方法的疲劳强度 12.8 结论与讨论 习题附录 附录A 型钢规格表 附录B 习题答案 附录C 索引参考文献
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读后感

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用户评价

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这本关于结构设计与材料科学的专著,简直是为我们这些在工程一线摸爬滚打的工程师们量身定做的宝典。我印象最深的是它对复杂应力状态下材料屈服准则的深入剖析,那些从最基础的莫尔圆到更为先进的有限元分析前置理论的推导过程,清晰得让人拍案叫绝。书中没有那种干巴巴的数学堆砌,而是巧妙地将理论与实际工程案例紧密结合,比如探讨高压容器的疲劳寿命预测,讲解得细致入微,每一步计算都有理有据,让人在理解的同时,脑海中立刻就能浮现出实际操作的场景。尤其是关于断裂韧性的章节,它不仅仅停留在描述现象,而是深入到微观裂纹扩展的机制,并给出了几种不同材料体系下的实用评估方法,这对于我们进行关键部件的可靠性设计至关重要。我花了整整一个月的时间,几乎是啃完了这部分内容,它极大地拓宽了我对材料在极限载荷下行为的认知边界,远超我以往任何一本教科书所能提供的深度。这本书的价值,在于它能真正将抽象的力学原理转化为解决实际工程难题的有效工具,实属难得。

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对于刚踏入材料科学研究领域的青年学子来说,这本聚焦于先进复合材料界面行为的教材无疑是一剂强心针。它的优势在于其极强的“前沿性”和“实验导向”。书中花费了大量篇幅讲解如何通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等先进表征手段,来捕捉材料内部界面脱粘或应力集中点的微观形貌,并结合分子动力学模拟的结果进行交叉验证。作者们没有回避现代研究的复杂性,而是坦诚地展示了如何从实验数据中提炼出有效的本构关系参数,并用这些参数去预测宏观尺度的性能衰减。尤其是它对层合板在冲击载荷下的能量耗散机制的分析,详细对比了不同纤维/基体界面处理方法对冲击响应的影响,这对于我们设计轻量化、高抗冲击的航空部件具有直接的指导意义。它不是一本可以快速翻阅的书,需要你带着显微镜下的思维去细细品味,才能真正领悟其精髓。

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这本书在介绍“结构优化设计”的迭代算法时,其侧重点完全放在了工程实践的可操作性上,而不是纯粹的数学证明。我特别欣赏它对拓扑优化方法的系统梳理,书中详细对比了启发式算法(如遗传算法)与基于梯度的优化方法(如密度法)的优缺点,并清晰地指出了在实际使用CAD/CAE软件时,如何根据目标函数(比如最小化重量或最大化刚度)来选择最合适的初始参数集。其中关于网格依赖性问题的处理策略,提供了多种成熟的平滑技术和约束边界条件的方法,这些都是教科书里往往一笔带过,但在实际优化迭代中却能导致计算失败的关键点。它更像是一本高级工程师的“实战手册”,充满了对计算资源限制的现实考量和对收敛速度的优化技巧,读完后感觉自己的优化设计能力得到了质的飞跃,不再满足于默认设置,而是能主动地“驯服”优化引擎。

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我必须承认,我原本对基础物理学的某些概念感到晦涩难懂,但这本书在阐释“连续介质力学”基础时,展现出了一种令人赞叹的“化繁为简”的能力。它没有一开始就抛出张量分析的复杂公式,而是通过对流体力学中著名的纳维-斯托克斯方程的推导过程的重新组织,巧妙地引入了应力、应变的概念。作者善于使用类比——将材料内部的微小变形单元想象成一个不断拉伸和剪切的“橡胶小球”,这种具象化的描述,瞬间打通了我对剪切模量和体积模量之间关系的理解障碍。此外,它对边界条件敏感性的讨论也非常到位,强调了在实际工程问题中,一个微小的边界条件设定偏差可能导致的解的巨大差异,这让我对建立任何物理模型都保持了必要的审慎。这本书的叙事节奏把握得极佳,犹如一位循循善诱的导师,逐步引导读者攀登理论的高峰。

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读完这本关于建筑结构体系演化的历史著作,我最大的感受是作者的博学和叙事的高超技巧。它不像传统的建筑史那样仅仅罗列年代和风格,而是以一种近乎于“编年体”的叙事方式,将从古希腊神庙到现代超高层建筑的演变,串联成一条清晰的逻辑链条。书中对不同时代支撑技术和结构材料革新的社会、经济背景的描绘尤为生动,让人不禁思考,是技术推动了建筑的形态,还是特定的需求催生了新的结构模式?特别是在探讨钢结构和预应力混凝土技术普及初期,作者对工程师们如何克服材料性能限制、进行大胆创新的过程进行了细致入微的描述,那些早期工程师们在缺乏现代计算工具时的直觉和经验,简直是智慧的结晶。这种从宏观的历史脉络到微观的结构细节的切换自如,让整个阅读过程充满了探索的乐趣,也让我对我们脚下这些宏伟建筑的内在骨架产生了前所未有的敬意。

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2020.08封存,带回家

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只记得殷雅俊老师是系友,还特别爱讲故事。但我就是不爱这些力学科目

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只记得殷雅俊老师是系友,还特别爱讲故事。但我就是不爱这些力学科目

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