接触力学与摩擦学的原理及其应用

接触力学与摩擦学的原理及其应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:清华大学出版社
作者:瓦伦丁L.波波夫
出品人:
页数:284
译者:李强
出版时间:2011-10
价格:60.00元
装帧:精装
isbn号码:9787302264934
丛书系列:
图书标签:
  • 摩擦
  • 力学
  • 专业
  • 论文
  • 摩擦力学
  • 接触力学
  • 摩擦学
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  • 材料力学
  • 表面工程
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  • 物理学
  • 应用科学
  • tribology
  • 界面科学
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具体描述

《接触力学与摩擦学的原理及其应用》将摩擦学问题与经典力学结合起来,既反映了摩擦学领域接触、黏着、毛细力、摩擦、润滑和磨损等问题的研究进展,又着重介绍了从接触力学角度认识摩擦学的新成果。具体内容包括:(1)摩擦学中基本参数的粗略估算方法;(2)将复杂问题简化的解析计算方法和多种数值仿真方法;(3)从纳米摩擦学到地震研究的摩擦学特征;(4)摩擦学系统的动力学研究等。

《接触力学与摩擦学的原理及其应用》适合高校和科研院所机械、材料、力学等专业的师生和研究人员参考,也可供相关生产企业的技术人员阅读。

探寻无形之力的奥秘:材料界面行为的深刻洞察 在这本深入的读物中,我们将目光投向物质世界中一个普遍而又至关重要的现象——接触力学与摩擦学的原理及其应用。本书旨在为读者提供一个全面而系统的认知框架,理解当两个物体表面相互接触时所发生的复杂相互作用,以及这些相互作用如何塑造我们日常生活的方方面面,从微观粒子的碰撞到宏观机械的运转,无处不在。 第一部分:接触力学的基石——理解接触面的本质 本书的开篇,我们将从最基础的层面出发,探讨接触力学所涉及的核心概念。这包括: 表面形貌与微观几何: 现实中的表面并非理想的光滑平面,而是充满了微观的起伏、凹凸和缺陷。我们将深入研究这些表面形貌的统计学描述,例如均方根粗糙度、斜率分布等,并分析它们如何直接影响实际接触面积和接触点的分布。通过引入赫兹接触理论等经典模型,我们将解析在弹性变形条件下,接触压力、应力集中以及变形行为的规律。 材料本构关系与力学响应: 接触行为的本质取决于材料本身的力学性能。本书将详细阐述各种材料的本构关系,包括线弹性、塑性、粘弹性以及弹塑性行为。我们将探讨应力-应变曲线的意义,屈服准则的选择,以及在接触过程中,材料如何响应外部载荷而发生变形。对于高分子材料、橡胶等特殊材料,我们还会深入分析其独特的粘弹性和应变速率敏感性,以及这些特性对接触力学的影响。 接触压力的分布与传递: 接触界面并非平均受力,应力分布的非均匀性是接触力学的关键特征。我们将学习如何分析接触区域内的压力分布,理解应力集中的产生机制,并探讨这些不均匀压力如何影响材料的疲劳寿命和失效模式。此外,我们将引入有限元分析(FEA)等数值模拟方法,展示如何精确预测复杂几何形状和材料组合下的接触压力分布。 界面粘附与分离力学: 除了弹性变形,界面间的粘附力也是接触力学的重要组成部分。本书将深入探讨粘附力的来源,如范德华力、化学键合以及毛细作用。我们将引入断裂力学原理,分析界面裂纹的萌生、扩展以及界面的分离机制,并讨论如何通过材料设计和表面处理来调控粘附强度,以实现期望的应用效果。 第二部分:摩擦学的核心——揭示运动中的阻力 在理解了接触界面的基本行为之后,本书将进一步聚焦于运动状态下的相互作用——摩擦学。这部分将重点阐述: 摩擦力的起源与分类: 摩擦力是阻碍相对运动的力,其产生机制复杂多样。我们将详细分析不同类型的摩擦,包括滑动摩擦、滚动摩擦和静摩擦。对于滑动摩擦,我们将深入探讨阿登-布朗(Amontons-Coulomb)摩擦定律的适用范围和局限性,并引入更先进的摩擦模型,如塔顿(Tabor)模型,来解释摩擦力与实际接触面积、界面剪切强度以及表面形貌之间的关系。 润滑的原理与应用: 润滑是减少摩擦和磨损的关键技术。本书将系统介绍不同类型的润滑方式,包括流体动压润滑、边界润滑和混合润滑。我们将阐述润滑油膜的形成机理,分析润滑参数(如粘度、速度、载荷)对润滑性能的影响,并讨论如何根据具体的应用场景选择合适的润滑剂和润滑方式。此外,固体润滑材料(如石墨、二硫化钼)的应用及其机理也将得到深入探讨。 磨损的机制与防护: 磨损是材料在相对运动过程中逐渐损失的现象,它会严重影响机械部件的寿命和性能。本书将详细介绍各种磨损机制,如磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损。我们将分析不同磨损机制的发生条件、影响因素以及其在微观和宏观层面的表现。在此基础上,本书将提出一系列有效的磨损防护策略,包括材料选择、表面改性(如硬化、涂层)、润滑以及优化工作条件。 摩擦学在工程中的挑战与创新: 摩擦学并非纯粹的理论学科,其研究成果在众多工程领域有着广泛的应用。本书将探讨摩擦学在航空航天、汽车工程、生物医学、微电子等领域的实际挑战,并介绍最新的研究进展和技术创新。例如,我们将讨论如何设计低摩擦表面的发动机部件以提高燃油效率,如何开发高耐磨的生物关节材料以延长假体寿命,以及如何在微机电系统(MEMS)中有效控制摩擦和磨损。 第三部分:实践与应用——连接理论与现实 在构建了扎实的理论基础之后,本书的最后部分将重点关注接触力学与摩擦学的实际应用。我们将通过案例分析和工程实例,将理论知识转化为解决实际问题的能力: 密封技术与界面密封: 密封是防止流体或气体泄漏的关键技术,它高度依赖于接触力学和摩擦学的原理。本书将分析各种密封件(如O型圈、垫片)的工作机理,探讨材料选择、预紧力以及界面压力分布对密封性能的影响。 轮胎与路面相互作用: 汽车轮胎与路面之间的接触是实现驱动、制动和转向功能的基础。我们将深入研究轮胎花纹设计、橡胶材料特性以及路面粗糙度对轮胎滚动阻力、抓地力和磨损的影响。 人机交互与触觉反馈: 在人机交互界面设计中,对触摸感和操作力的精确控制至关重要。本书将探讨手与设备表面接触时的力学行为,以及如何利用摩擦学的原理来设计更舒适、更易用的用户界面。 生物材料的界面行为: 在生物医学领域,假体植入物、药物缓释系统等都涉及到生物材料与人体组织的接触。本书将讨论生物相容性、界面粘附以及摩擦磨损等问题,并展望未来在生物医学工程中的应用前景。 本书的目标是让读者不仅仅掌握理论公式,更能理解这些公式背后的物理意义,并学会如何运用这些知识去分析和解决现实世界中遇到的工程问题。通过对接触力学与摩擦学原理的深刻洞察,我们得以揭示那些塑造我们世界的无形之力的奥秘,并为工程创新和技术发展提供强大的理论支撑。

作者简介

瓦伦丁L.波波夫,Valentin L.Popov(瓦伦丁L.波波夫)国立莫斯科罗蒙诺索夫大学(Moscow State Lomonosov University)学习物理学并于1985年获得博士学位,1985-1998年在俄罗斯科学院强度物理学研究所(Institute of Strength Physics of the Russian Academy of Sciences)担任研究员,1997年成为托木斯克国立大学(Tomsk State University)教授,1998——2002年为德国帕德伯恩大学(University of Paderborn)理论物理学客座教授,从2002年开始,在柏林工业大学(Berlin University of Technology)力学研究所(Institute of Mechanics)领导动力摩擦部门。

研究领域十分广泛,包括摩擦学(tribology)、纳米摩擦学(nanotribology)、低温摩擦学(tribology at low temperatures)、流变学(rheology)、橡胶摩擦学(tribology of rubber)、生物摩擦学(biotribology)、材料科学(material science)、黏弹性介质理论(theory of elastoplastic media)、塑性物理学(physics of plasticity)、形状记忆合金(shape memory alloys),以及采用超声波研究摩擦力的影响、摩擦过程的数值模拟、地震研究等。发表论文100多篇,曾10多次组织召开关于摩擦学的国际性学术会议,并担任大会主席或副主席,在国际上具有广泛的影响力,担任国际著名杂志的编辑,是机械工程领域知名的学者。

目录信息

第1章 绪论
1.1 接触和摩擦现象及其应用
1.2 接触力学和摩擦物理学的历史
1.3 本书的结构
第2章 接触伺题的定性分析——无黏着法向接触
2.1 材料性生能
2.2 简单接触问题
2.3 三维弹性连续体接触的评估计算方法
习题
第3章 黏着接触的定性分析
3.1 物理背景
3.2 曲面间黏着力的计算
3.3 弹性体之间黏着力的定性估计
3.4 粗糙度对黏着的影响
3.5 胶带
3.6 范德华力和表面能的补充内容
习题
第4章 毛细作用力
4.1 表面张力和接触角
4.2 接触角滞后
4.3 压力和曲率半径
4.4 毛细桥梁
4.5 刚性平面和刚性球体之间的毛细力
4.6 粗糙表面的液体
4.7 毛细力和摩擦学
习题
第5章 接触问题的精确解法——赫兹接触
5.1 表面力作用下弹性半空间体的变形
5.2 赫兹接触理论
5.3 两个曲面弹性体之间的接触
5.4 刚性锥头和弹性半空间体的接触
5.5 赫兹接触的内部应力
习题
第6章 接触问题的精确解法——黏着接触
习题
第7章 粗糙表面之间的接触
7.1 greenwood和williamson模型
7.2 微凸体的塑,性变形
7.3 电接触
7.4 热接触
7.5 接触机械刚度
7.6 密封
7.7 粗糙度和黏着
习题
第8章 切向接触问题
8.1 切向力作用下弹性半空间体的变形
8.2 分布切向力作用下弹性半空间体的变形
8.3 无滑动切向接触问题
8.4 考虑滑动的切向接触问题
8.5 无滑动刚性圆柱压头
习题
第9章 滚动接触
9.1 滚动接触过程的定性讨论
9.2 平稳滚接触的应力分布
习题
第10章 库仑摩擦定律
10.1 概述
10.2 静摩擦与动摩擦
10.3 摩擦角
10.4 摩擦系数与接触时间的关系
10.5 摩擦系数与法向力的关系
10.6 摩擦系数与滑动速度的关系
10.7 摩擦系数与表面粗糙度的关系
10.8 库仑对摩擦定理起源的观点
10.9 bowden和tabor理论
10.10 摩擦系数与温度的关系
习题
第11章 prandtl-tomlinson干摩擦模型
11.1 概述
11.2 prandtl-tomlinson模型的基本性质
11.3 弹性失稳
11.4 超滑
11.5 纳米机械:微电机与纳米电机的概念.
习题
第12章 摩擦引起的振动
12.1 摩擦力与速度为减函数关系时的摩擦失稳
12.2 有弹性力分布的系统中的失稳
12.3 临界阻尼和尖叫声的最优化抑制
12.4 主动抑制尖叫声
12.5 尖叫时的强度
12.6 稳定性标准与系统刚度的关系
12.7 自锁-滑动
习题
第13章 接触中的热效应
13.1 概述
13.2 微接触中的瞬现温度
13.3 热机械的失稳
习题
第14章 润滑系统
14.1 两个平行面之间的流动
14.2 流体动力润滑
14.3 黏性黏着
14.4 润滑剂流变学
14.5 边界层润滑
14.6 弹性流体动力学
14.7 固体润滑剂
习题
第15章 高弹体的黏弹性能
15.1 概述
15.2 应力弛豫
15.3 频率相关的复数剪切模量
15.4 复模量的性质
15.5 黏弹性材料中的能量耗散
15.6 复模量的测量
15.7 流变学模型
15.8 橡胶的简单流变学模型(标准模型)
15.9 温度对流变学性能的影响
15.10 组合曲线
15.11 prony级数
习题
第16章 橡胶摩擦和橡胶接触力学
16.1 高弹体和刚性粗糙面之间的摩擦
16.2 滚动阻力
16.3 高弹体的黏着接触
习题
第17章 磨损
17.1 概述
17.2 磨粒磨损
17.3 黏着磨损
17.4 低摩擦磨损的条件
17.5 磨损作为摩擦区材料的运输工具
17.6 高弹体的磨损
习题
第18章 超声振动影响下的摩擦行为
18.1 超声振动在宏观角度对摩擦的影响
18.2 超声振动在微观角度对摩擦的影响
18.3 静摩擦力与振幅函数关系的实验研究
18.4 动摩擦力与振幅函数关系的实验研究
习题
第19章 摩擦物理学中的数值仿真方法
19.1 概述
19.2 接触问题从三维到一维的简化
19.3 宏观摩擦学系统中的接触问题
19.4 多元接触问题的降维方法
19.5 降维和黏弹性质
19.6 降维模型中应力的表达
19.7 降维模型框架中的计算步骤
19.8 降维方法框架中的黏着、润滑、空穴和塑性变形
习题
第20章 地震与摩擦
20.1 概述
20.2 地震的量化
20.3 岩石的摩擦定律
20.4 在速率相关和状态相关摩擦下滑动的稳定性
20.5 地震成核和后期滑动
20.6 前震和余震
20.7 块介质和断层结构的连续介质力学
20.8 地震可以预测吗?
习题
附录
扩展阅读文献
各章压题图片说明
索引
· · · · · · (收起)

读后感

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关于接触与摩擦不同的理论及研究都讲到了。也捋清了研究的历史,这样有助于对当代一些研究的理解。润滑摩擦是我更感兴趣的内容,但所占比重不多。 书中的数学推导简化了很多,尤其是微积分,以及微分方程。需要较好数学基础,或熟悉这这个理论的数学方法。一个办法是读延伸阅读...

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关于接触与摩擦不同的理论及研究都讲到了。也捋清了研究的历史,这样有助于对当代一些研究的理解。润滑摩擦是我更感兴趣的内容,但所占比重不多。 书中的数学推导简化了很多,尤其是微积分,以及微分方程。需要较好数学基础,或熟悉这这个理论的数学方法。一个办法是读延伸阅读...

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关于接触与摩擦不同的理论及研究都讲到了。也捋清了研究的历史,这样有助于对当代一些研究的理解。润滑摩擦是我更感兴趣的内容,但所占比重不多。 书中的数学推导简化了很多,尤其是微积分,以及微分方程。需要较好数学基础,或熟悉这这个理论的数学方法。一个办法是读延伸阅读...

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关于接触与摩擦不同的理论及研究都讲到了。也捋清了研究的历史,这样有助于对当代一些研究的理解。润滑摩擦是我更感兴趣的内容,但所占比重不多。 书中的数学推导简化了很多,尤其是微积分,以及微分方程。需要较好数学基础,或熟悉这这个理论的数学方法。一个办法是读延伸阅读...

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用户评价

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这本书的语言风格,初读时可能会让人觉得有些晦涩,因为它遵循的是严谨的科学写作规范,每一个术语的定义都力求精确无误,毫不含糊。但一旦你适应了这种节奏,便会发现其中蕴含的巨大信息密度和逻辑美感。作者似乎有一种将复杂问题“精简”的能力,他不会用华丽的辞藻去掩盖内容的空洞,而是用最直接、最精准的数学语言去构建知识的骨架。我特别留意了其中关于“粘滞滑动”现象的讨论部分,作者巧妙地引入了一个类比模型,瞬间就把一个原本抽象的微观过程具象化了。这种叙述方式,极大地降低了理解门槛,使得读者可以在保持对知识深度追求的同时,避免陷入纯粹的符号迷宫。可以说,这本书的文字本身,就是一种高效率的知识传输载体,它要求读者投入专注,但回报绝对丰厚。

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这本书的装帧设计着实让人眼前一亮,封面那种深沉的蓝色调,配上烫金的字体,立刻就给人一种严肃而专业的学问感。我是在一家老牌书店偶然翻到的,第一眼就被那种沉稳的气质吸引住了。内页的纸张质量也相当不错,摸上去有种细腻的质感,即便是长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。排版方面,作者的用心程度可见一斑,图文之间的比例拿捏得恰到好处,复杂的公式和示意图都清晰地呈现在读者面前,没有那种把文字堆砌起来的压迫感。我特别欣赏它在细节处理上的考究,比如章节之间的过渡页,常常会用一些与主题相关的抽象几何图形来做点缀,既保持了学术的严谨性,又不失艺术的美感。光是捧着这本书,就能感受到一股厚重的学术气息,让人忍不住想坐下来,沏上一壶热茶,沉浸在这知识的海洋里。这种对书籍实体形态的重视,在这个快餐化的时代里,显得尤为珍贵,它不仅仅是一本工具书,更像是一件值得珍藏的艺术品。

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从图书馆借阅这本书时,我注意到它已经被借阅了非常多次,书脊处的磨损痕迹清晰可见,这本身就是对它价值最有力的佐证。拿到手中后,我发现这本书的参考资料部分做得极为详尽,几乎涵盖了近三十年来该领域最具影响力的核心文献,这对于希望进行深入学术研究的人来说,简直是如获至宝。我顺着书中的引用去查找了几篇原始论文,发现原作者对这些早期工作的理解和消化,已经达到了炉火纯青的地步,他不是简单地罗列文献,而是将这些研究成果有机地编织进了自己的理论框架中。这本书更像是一张精心绘制的知识地图,它不仅告诉你目标在哪里,更指明了抵达目标所经历的每一条关键路径,是那种可以伴随一个研究生涯不断翻阅、常读常新的典范之作。

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我作为一个长期从事机械设计的朋友,一直在寻找一本能够系统梳理基础理论,同时又不失工程实践指导意义的参考书。市面上同类书籍往往要么过于偏重纯理论的数学推导,读起来枯燥乏味,要么就是流于表面的应用介绍,缺乏对深层机理的剖析。然而,这本书给我的感觉完全不同。它的叙述逻辑非常清晰,从最基本的接触状态的几何描述开始,层层递进地引入了应力分析和能量耗散的概念。最让我感到惊喜的是,它并没有止步于理论的阐述,而是花了大量篇幅去讨论实际工程中遇到的各种非理想情况,比如材料的不均匀性、接触面的温度效应等,这些都是教科书里经常被一带而过却在实际工作中频频遇到的“拦路虎”。书中对这些复杂问题的处理方式,体现了作者深厚的工程直觉和对实际工况的深刻洞察力,读完之后,感觉自己对“表面”这两个字的理解,都上升到了一个全新的维度。

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我带着一个相对宽泛的“材料科学与工程”背景来阅读此书,起初担心其专业性会把我远远甩在后面。但实际阅读体验告诉我,这本书在处理知识的“可及性”方面做得非常出色。它没有采取那种高高在上的学院派姿态,而是很耐心地为跨学科的读者铺设了基础。例如,在介绍接触刚度的计算模型时,它首先回顾了相关的弹性力学背景知识,确保了即便是只接受过基础力学训练的读者也能跟上思路。更难能可贵的是,书中的案例分析部分,展示了这些理论是如何被应用于诸如精密仪器制造、生物植入体设计等前沿领域的。这种理论与前沿应用的紧密结合,极大地激发了我将这些原理应用到我正在研究的“新型复合材料界面性能”中的兴趣,让我看到了一个全新的研究方向。

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