材料的塑性变形与断裂 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:科学出版社

作者:(德) H.米格兰比

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1998-06-01

价格:92

装帧:简裝本

isbn号码:9787030064134

丛书系列:材料科学与技术丛书

图书标签:

• 材料力学
• 塑性变形
• 断裂力学
• 金属材料
• 材料科学
• 工程材料
• 失效分析
• 力学性能
• 应力应变
• 材料强度

《工程材料的力学行为：理论与实践》 本书聚焦于工程材料在受力条件下的宏观力学响应，深入探讨其弹性变形、塑性流动、疲劳损伤及断裂韧性等关键力学特性。旨在为材料科学、机械工程、土木工程及航空航天工程等领域的学生、研究人员和工程师提供一套全面而深入的理论框架与实践指导。 第一部分：材料的弹性行为 本部分将首先回顾经典力学中的应力与应变概念，介绍应力张量和应变张量，并阐述它们之间的线性关系——胡克定律。我们将系统介绍各向同性材料的三个弹性常数（杨氏模量、泊松比、剪切模量）及其内在联系，并探讨各向异性材料的广义胡克定律。通过对不同晶体结构（如面心立方、体心立方、密排六方）的分析，我们将揭示材料微观结构如何影响其宏观弹性性能。此外，本部分还将涵盖弹性理论中的一些重要概念，如能量原理（虚功原理、最小势能原理）及其在解决复杂弹性问题中的应用，并介绍圣维南原理。 第二部分：材料的宏观力学性能测试与表征 本部分详细介绍几种核心的材料力学性能测试方法，并重点阐述其测试原理、操作规程、数据处理以及结果解读。 拉伸试验（Tensile Testing）：这是最基本也最常用的力学性能测试。我们将详细讲解如何通过万能试验机进行拉伸试验，绘制应力-应变曲线，并从中提取关键参数，如弹性模量、屈服强度（包括不同判定方法，如0.2%证明应力法）、抗拉强度、断后伸长率和断面收缩率。我们将深入分析这些参数的物理意义，以及它们如何反映材料的强度、刚度和延性。 压缩试验（Compression Testing）：与拉伸试验相对应，我们将介绍压缩试验的原理和应用，尤其是在研究材料在压缩载荷下的行为，如屈服和压溃现象。 弯曲试验（Bending Testing）：针对脆性材料和具有一定延性的材料，我们将介绍三点弯曲和四点弯曲试验，讲解弯曲应力与应变的关系，以及如何计算材料的弯曲强度和弯曲模量。 硬度试验（Hardness Testing）：本部分将介绍洛氏硬度、布氏硬度和维氏硬度等不同硬度试验的原理、操作和适用范围。我们将详细解释硬度值与材料抗拉强度之间的相关性，以及硬度试验在材料质量控制和成分识别中的作用。 疲劳试验（Fatigue Testing）：针对材料在循环载荷下的性能退化，我们将详细介绍疲劳试验的原理，包括循环次数、应力幅、平均应力、应力比等关键参数。我们将重点讲解S-N曲线（应力-寿命曲线）的绘制和解读，以及疲劳裂纹的萌生和扩展机制。此外，还将介绍不同的疲劳损伤模型和预测方法。 断裂韧性试验（Fracture Toughness Testing）：在材料承受裂纹或缺口载荷时，其抵抗裂纹扩展的能力即为断裂韧性。本部分将详细介绍断裂韧性测试的标准方法，如CCT（裂纹尖端张开位移）和J积分法，以及如何通过这些方法测定材料的平面应变断裂韧度（KIC）和弹塑性断裂韧度（JIC）。我们将深入探讨裂纹扩展的力学机制，以及断裂韧性在结构设计中的重要性。 第三部分：材料的塑性变形机理 本部分将深入探讨材料发生塑性变形的微观机制，为理解宏观塑性行为奠定理论基础。 位错理论（Dislocation Theory）：我们将详细介绍位错（刃位错、螺位错）的概念、结构及其运动方式（滑移和攀移）。通过分析位错的产生（源）、运动（阻碍因素）和相互作用，我们将解释晶体材料屈服的本质，以及加工硬化（应变硬化）的微观根源。 滑移系（Slip Systems）：我们将深入分析不同晶体结构（FCC, BCC, HCP）中的优先滑移系，并解释滑移系的选择规则（施密特因子）如何影响材料的塑性变形行为。 孪晶（Twinning）：除了位错滑移，我们还将介绍孪晶的概念及其在某些材料（如HCP金属、某些陶瓷）中作为塑性变形机制的作用。 塑性变形的宏观描述：基于微观机制，我们将介绍宏观塑性本构关系，如应力-应变关系中的屈服准则（如冯·米塞斯准则、摩尔-库仑准则）和流动法则。我们将探讨加载路径对塑性变形的影响，以及应变硬化的不同模型（如多项式硬化、指数硬化）。 第四部分：材料的断裂行为 本部分将从力学角度解析材料的断裂过程，并介绍不同的断裂模式和理论。 断裂模式：我们将详细区分三种主要的断裂模式： 解理断裂（Cleavage Fracture）：脆性断裂的主要模式，通常沿着特定的晶面发生，裂纹扩展速度极快。 穿晶断裂（Transgranular Fracture）：裂纹穿过晶粒的断裂模式，常见于韧性材料的低周疲劳断裂和部分脆性断裂。 沿晶断裂（Intergranular Fracture）：裂纹沿着晶界扩展的断裂模式，通常与材料的杂质、析出相或晶界弱化有关，常见于高温断裂和某些应力腐蚀开裂。 断裂力学基础：我们将引入断裂力学的基本概念，如应力强度因子（Stress Intensity Factor, K）、裂纹尖端应力场和应变场。我们将深入分析K随裂纹尺寸、载荷和几何形状的变化，并介绍材料的断裂韧度KIC作为抵抗裂纹扩展的能力。 断裂韧性与微观结构：我们将探讨微观结构特征（如晶粒尺寸、第二相粒子、夹杂物、孔隙）如何影响材料的断裂韧性，并介绍一些提高断裂韧性的方法，如细化晶粒、引入韧窝形成机制等。 疲劳断裂（Fatigue Fracture）：在本部分中，我们将更深入地探讨疲劳断裂的力学机制。我们将分析裂纹萌生、稳态扩展和突发性断裂三个阶段。我们将介绍裂纹扩展速率（da/dN）与应力强度因子范围（ΔK）之间的关系（Paris定律），以及影响疲劳寿命的其他因素，如表面状态、环境介质等。 蠕变与断裂（Creep and Fracture）：针对材料在高温恒定载荷下的长期变形（蠕变）及其最终断裂，我们将介绍蠕变速率、应变率、蠕变断裂的机制，如孔洞聚集、晶粒边界滑移等。 第五部分：工程应用与实例分析 本部分将结合前几部分的内容，通过具体的工程实例，展示材料力学行为在实际工程设计中的应用。我们将分析不同工程领域（如航空航天、汽车制造、能源设备、桥梁建筑）中材料选择和结构设计的关键力学考量。例如，我们将讨论在承受高应力、复杂载荷或高温环境下的结构件（如飞机起落架、发动机叶片、压力容器）的材料设计原则，以及如何通过材料的塑性变形和断裂性能来确保结构的可靠性和使用寿命。我们将强调材料的力学性能与结构整体安全性能之间的密切联系。 本书力求通过理论推导、实验数据分析以及工程案例的有机结合，帮助读者建立起材料力学行为的系统性认知，并掌握分析和解决实际工程问题的能力。

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读完这本书，我对材料在不同温度下的行为有了全新的认识。书中专门辟出章节详细阐述了高温对材料塑性变形和断裂特性的影响。例如，在高温环境下，材料的屈服强度通常会下降，而塑性则可能显著提高，这与低温下的表现截然不同。作者对蠕变这一重要的时效性变形现象进行了深入的探讨，分析了蠕变应变随时间和温度的变化规律，并介绍了多种蠕变损伤模型。这对于需要承受高温载荷的工程部件设计至关重要。同时，书中还讨论了高温对断裂过程的影响，特别是高温断裂机制，如热裂纹的形成和扩展。这些内容对于航空航天、能源等领域的设计者和研究者来说，具有极高的参考价值。书中对相关实验方法和设备的介绍也十分详尽，让我了解到如何通过实验来验证这些理论。

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这本著作在材料断裂行为的阐述上，可以说是达到了相当的高度。作者并没有仅仅停留在概念的介绍，而是深入到了断裂的微观机制层面。他对于裂纹萌生、扩展以及最终失效的各个阶段，都进行了细致入微的描述。我印象最深刻的是关于韧性断裂和脆性断裂的对比分析。书中通过对断口形貌的细致观察和分析，展示了这两种断裂模式在微观尺度上的显著差异。例如，韧性断裂的断口通常呈现纤维状或杯锥状，伴有明显的塑性变形区域，而脆性断裂的断口则相对光滑，缺乏塑性变形迹象。作者还详细介绍了影响断裂韧性的各种因素，包括材料的成分、热处理状态、加载速率等等，并且引用了许多经典的断裂力学模型，如Griffith理论和Paris定律，并对其应用范围和局限性进行了讨论。这使得我对材料在实际应用中的可靠性评估有了更深刻的理解。

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这本书的价值不仅在于其理论的深度，更在于其对实际工程应用的思考。在讨论材料的塑性变形和断裂时，作者总是能联系到具体的工程问题，例如如何选择合适的材料来承受特定的载荷，如何优化工艺参数以提高材料的力学性能，以及如何评估结构在服役过程中的可靠性。书中对几种典型工程材料，如钢、铝合金、高分子材料等的塑性变形和断裂行为特点进行了归纳和总结，并提供了相应的失效分析案例。这些案例分析非常精彩，通过对失效部件的宏观和微观分析，深入剖析了失效的根本原因，并提出了改进建议。这对于从事材料失效分析和产品可靠性工作的工程师来说，是一笔宝贵的财富。书中对这些案例的图文结合也做得很好，让读者能够直观地理解。

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这本书的封面设计相当朴实，但翻开内页，我立刻被其中精妙的插图和严谨的公式吸引住了。书的开篇部分，作者以非常清晰易懂的方式，将宏观的塑性变形现象与微观的晶体结构理论巧妙地联系起来。我尤其喜欢他对于位错运动的讲解，通过多幅高质量的示意图，我仿佛能亲眼目睹这些微小的缺陷如何在晶格中游走，从而引发材料的永久形变。对于初学者来说，这无疑是一次绝佳的入门体验。书中对各种塑性变形机制，如滑移、孪晶等，进行了深入浅出的剖析，并结合了大量的实验数据和图表来佐证。比如，在介绍拉伸变形时，书中不仅给出了应力-应变曲线，还详细分析了屈服强度、抗拉强度、延伸率等关键参数的物理意义，以及它们如何受到材料成分、微观组织等因素的影响。这种理论与实践相结合的叙述方式，让我感觉受益匪浅，也激发了我进一步探索材料世界的好奇心。

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这本书在材料疲劳失效的讲解上，简直就是一本教科书级别的指南。作者从疲劳的定义和特点入手，循序渐进地分析了疲劳裂纹的萌生、扩展和失稳断裂的全过程。我尤其欣赏他对疲劳寿命预测方法的梳理，从经典的S-N曲线法到更先进的断裂力学方法，都进行了清晰的介绍和比较。书中对各种影响疲劳寿命的因素，如应力集中、表面状态、环境介质等，都进行了详细的分析，并提供了相应的工程经验和设计准则。例如，在讨论应力集中时，书中通过丰富的算例展示了不同几何形状的缺口对疲劳寿命的影响程度，这对于结构设计的优化非常有指导意义。对于理解材料在循环载荷下的耐久性，这本书提供了非常扎实的理论基础和实践指导。

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