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出版者:

作者:同济大学航空航天与力学学院基础力学教学研究部

出品人:

页数:413

译者:

出版时间:2005-7

价格:32.00元

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isbn号码:9787560830322

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《工程材料的奥秘：从微观结构到宏观性能的深度解析》 本书并非关于材料力学的经典教程，而是深入探索工程材料的内在奥秘，从最微观的原子排列到宏观应用中所展现出的复杂行为，为读者提供一个全面而深刻的认知框架。我们不再局限于材料在特定载荷下的应力应变关系，而是将目光投向材料之所以具备这些特性的根本原因。 第一部分：材料的微观世界——结构的基石 本部分将带领读者走进物质的微观世界，揭示工程材料的根本构成。我们将详细阐述： 原子键合与晶体结构： 深入剖析金属键、共价键、离子键的形成机理及其对材料性质的影响。我们将详细介绍不同晶体结构（如面心立方、体心立方、六方密排等）的原子排列方式，以及这些结构如何决定材料的密度、熔点和初步的机械性能。我们会通过晶体缺陷（如空位、间隙原子、置换原子、位错）的概念，解释宏观材料为何会出现塑性变形、强度差异等现象。 非晶态材料的特性： 抛开传统的晶体结构束缚，本书将专门探讨玻璃、聚合物等非晶态材料的无序结构，以及这种无序性如何赋予它们独特的性能，例如优异的透明性、柔韧性或脆性。我们将分析长程有序缺失对材料形变机理的影响。 多相材料与微观组织： 大多数工程材料并非单一相组成。本部分将重点研究合金、复合材料等涉及多种相的材料，深入分析不同相的分布、形态、尺寸以及它们之间的界面对整体材料性能的决定性作用。我们将讨论相界面的强化机制，以及如何通过控制微观组织来优化材料性能。 第二部分：性能的起源——材料的内在属性 在理解了材料的微观结构后，本部分将聚焦于材料所展现出的各种宏观性能，并追溯其根源。 强度与硬度的根源： 我们将超越简单的屈服强度概念，深入探讨材料抵抗塑性变形的能力是如何由原子间的结合力、晶界滑移、位错运动等微观机制决定的。我们将分析不同强化机制（固溶强化、加工硬化、沉淀强化、晶粒细化强化）的微观基础，并讨论这些机制如何在材料内部协同作用。 韧性与脆性的辩证关系： 韧性（抵抗断裂的能力）和脆性（易于断裂的倾向）是材料在受力时表现出的两种截然不同的行为。本部分将详细解释韧性与脆性的微观判据，包括裂纹萌生与扩展的机制，以及如何通过改变材料的微观结构（如引入韧性相、控制杂质含量）来提高韧性。我们将讨论温度、应变速率对韧脆转变的影响。 蠕变与疲劳的物理机制： 对于在长期载荷或循环载荷下工作的材料，蠕变（缓慢的塑性变形）和疲劳（循环载荷下的失效）是至关重要的性能指标。本书将深入剖析这两种现象的微观失效应力，解释原子扩散、位错攀移、空洞形成等在蠕变过程中扮演的角色，以及在疲劳过程中裂纹的萌生、扩展和断裂过程。 热学、电学与磁学性质的微观解释： 除了机械性能，材料在热、电、磁方面的行为同样源于其微观结构。我们将探讨晶格振动对热导率的影响，自由电子的运动对电导率的决定作用，以及磁畴壁的移动和反转与材料磁性的关系。 第三部分：材料的演变与设计——性能调控的智慧 了解了材料的内在属性后，本部分将探讨如何通过科学手段来调控和优化材料性能，以满足日益增长的工程需求。 热处理的科学原理： 热处理是改变材料微观结构和宏观性能的常用手段。我们将深入分析退火、淬火、回火、正火等热处理工艺背后的相变机理、组织演变过程，以及这些过程如何影响材料的强度、硬度、韧性等性能。 塑性加工与变形强化： 锻造、轧制、拉伸等塑性加工过程不仅改变了材料的宏观形状，更对其微观结构产生了深刻影响。本部分将详细阐述加工硬化、晶粒细化等机制，解释塑性变形如何提高材料的强度和硬度，但也可能降低其韧性。 合金化与复合材料的设计： 通过将不同元素或材料进行组合，我们可以创造出性能优异的新材料。我们将讨论合金化带来的固溶强化、沉淀强化等机制，以及复合材料中增强体与基体之间的协同作用。我们将介绍如何根据应用需求，有针对性地设计合金成分和复合材料的组成。 失效分析与材料选择原则： 理解材料为何失效是改进设计、选择合适材料的关键。本书将介绍常见的材料失效模式（如过载断裂、疲劳断裂、腐蚀失效、蠕变断裂），并指导读者如何根据应用环境、载荷条件、预期寿命等因素，科学地选择最适合的工程材料。 本书旨在提供一个超越传统力学框架的视角，让读者真正理解“材料”本身，而非仅仅将其视为受力分析的工具。通过对材料微观结构、内在属性和性能调控原理的深度解析，读者将能够更深刻地理解工程设计背后的材料科学逻辑，并具备更强的材料选择和性能预测能力。本书适合土木工程、机械工程、材料科学、航空航天工程等领域的学生、研究人员及工程师阅读，旨在培养他们对工程材料更深入、更全面的认知。

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坦白说，我购买这本书是冲着它在“非线性固体力学”领域的权威性去的，事实证明它完全达到了预期，甚至超出了我的想象。这本书的特点在于，它敢于直面工程近似的局限性，将大变形、应变率敏感性等现实问题纳入分析框架。作者对有限元方法的引入和阐述非常到位，特别是对本构模型的选择和数值实现上的挑战进行了深刻的探讨。书中关于“超弹性材料”和“粘塑性”的章节，配有大量的数值模拟结果，这些结果清晰地展示了传统线性假设在何种工况下会彻底失效。这本书的语言风格略显冷峻，但句句珠玑，充满了对物理现象精确描述的追求。它更像是一本研究指南，而不是一本速成手册，需要读者投入大量精力去消化其理论的深度和广度。

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这本关于结构可靠性的著作，简直是工程师和结构设计师们的福音！它以一种近乎艺术的细腻笔触，剖析了材料在不同应力状态下的复杂响应。我特别欣赏作者处理“疲劳损伤”那一章节的方式，不是枯燥的公式堆砌，而是通过大量的实际工程案例，将那些抽象的S-N曲线变得鲜活起来。书中对断裂韧性的介绍尤为深入，详细阐述了裂纹扩展的微观机制，结合清晰的图表和实测数据，让我这个原本对断口分析有些头疼的读者，茅塞顿开。它不仅仅是教你如何计算强度，更重要的是培养你对“结构失效”的敬畏感和预见性。读完后，我感觉自己对桥梁、高层建筑乃至飞机部件的设计安全系数有了全新的理解，不再是盲目套用规范，而是真正从材料的本征属性出发，进行更审慎的判断。这本书的深度足以让资深专业人士反复研读，而其详实的案例又能引导初学者快速入门，是不可多得的佳作。

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如果说市面上大多数力学书籍都在强调“计算”，那么这本关于“材料微观结构与宏观力学性能关系”的书，则是在强调“理解”。它花费了大量的篇幅，用清晰的晶体学和位错理论，解释了金属的塑性变形是如何发生的，为什么同一种材料在不同晶粒取向下的表现会有天壤之别。作者对“加工硬化”和“回复”等现象的阐述，充满了对材料内部微观世界的洞察力。书中配有大量高质量的透射电镜（TEM）和扫描电镜（SEM）照片，直观地展示了应力集中区域的微观形貌变化。这本书的风格非常具有启发性，它促使我跳出宏观应力应变的舒适区，去思考力学现象背后的原子和晶格层面的故事。对于材料科学家而言，这本书是连接微观世界与宏观性能的完美桥梁。

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这本书的独特之处在于，它把“实验力学”和“数值模拟”巧妙地结合了起来，形成了闭环的反馈机制。我之前总觉得理论和实验之间存在一道鸿沟，但这本书通过详细介绍各种先进的无损测试技术，比如电子散斑图样干涉（ESPI）和数字图像相关法（DIC），展示了如何精确测量材料在真实载荷下的全场应变。作者在描述设备操作细节时的那种务实精神，非常接地气，完全没有高高在上的感觉。比如，书中对环境温度、试样制备对测量结果影响的讨论，细致到令人咋舌。它极大地拓宽了我的视野，让我意识到，再精妙的理论模型，也需要经过严谨的实验数据来验证和修正。这本书读完后，我立刻着手改进了实验室的测试流程，效果立竿见影。

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我花了整整一个暑假才啃完这本专注于“先进复合材料力学行为”的巨著，过程虽然煎熬，但收获是巨大的。这本书的叙事风格非常严谨，充满了令人信服的数学推导，特别是对层合板的经典层合板理论（CLT）的展开，那种层层递进、逻辑严密的论证过程，简直是数学美学的体现。它没有回避那些复杂的张量分析和坐标变换，反而将它们作为理解各向异性材料特性的核心工具。我尤其喜欢作者在讨论横观各向同性材料时所使用的类比，非常形象地解释了复杂应力场下的变形模式。虽然阅读门槛较高，需要扎实的线性代数和微积分基础，但对于那些希望在航空航天、高性能体育器材领域深耕的人来说，这本书提供了无可替代的理论基石。它教会我如何“看穿”那些看似光滑的复合材料表面，理解其内部纤维与基体的协同工作机制，对于优化铺层设计至关重要。

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此后我再没有遇到过孙大眼这样透题如此慷慨的老师。。。

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