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isbn号码:9787502022914

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《基石：现代工程的力学与材料》 内容简介： 本书旨在为有志于投身现代工程领域的读者提供一个坚实的基础，深入浅出地解析工程实践中最为核心的两大支柱——力学与材料科学。我们将从最基本的物理原理出发，循序渐进地构建起理解结构稳定性、载荷传递、材料性能以及其相互作用的完整知识体系。 第一部分：工程力学概论 我们将首先进入工程力学的世界，它不仅仅是理论的堆砌，更是工程师解决现实问题的思维框架。 静力学：静止的力量与平衡的艺术 概念解析： 本章将详细阐述静力学的基本概念，包括力和力矩、自由体图的绘制、力的分解与合成等。我们将深入理解为何物体在静止状态下能够保持平衡，并学习如何运用牛顿定律来分析和计算静态结构所受到的各种力。 结构分析： 重点将放在梁、桁架、拱等常见工程结构上。我们会介绍各种分析方法，如截面法、节点法，并结合实际案例，演示如何计算结构中的内力、弯矩和剪力。这些分析是确保结构安全的关键，直接关系到建筑物、桥梁乃至航天器的可靠性。 摩擦与粘性： 摩擦力的存在是工程中不可忽视的因素。本节将探讨不同类型的摩擦，并介绍如何利用或克服摩擦以实现更高效的设计。此外，粘性流体的初步概念也将被引入，为后续更复杂的流体力学打下基础。 案例研究： 选取历史上的经典工程案例，如古罗马水道、埃菲尔铁塔的早期设计等，分析其在静力学原理上的应用和挑战。 动力学：运动的规律与动态的挑战 运动学：描述运动的语言 直线与曲线运动： 从最简单的匀速直线运动开始，逐步过渡到变速直线运动、匀速圆周运动以及更复杂的曲线运动。我们将学习位移、速度、加速度等基本物理量，并掌握如何利用数学工具（如微积分）来精确描述物体的运动轨迹。 相对运动： 在复杂的工程系统中，物体的运动往往是相对的。本节将深入分析相对速度和相对加速度的概念，这对于设计高速列车、航空器以及机器人等具有重要意义。 动力学（运动动力学）：力与运动的因果关系 牛顿运动定律： 作为动力学的基石，我们将再次回顾并深入理解牛顿第一、第二、第三定律。重点将放在第二定律（F=ma）的应用上，学习如何根据作用在物体上的力来预测其运动状态，反之亦然。 功、能与动量： 功、能、动量是描述物体运动状态和相互作用的另一套重要物理量。我们将详细阐述动能、势能、机械能守恒定律，以及冲量和动量守恒定律。这些概念在碰撞、爆炸、火箭发射等动力学问题分析中至关重要。 振动与波动： 许多工程系统都存在振动现象，如桥梁的摇晃、机械设备的震动。本节将介绍简谐振动、阻尼振动和受迫振动等基本模型，并简要引入波动的概念，为理解声学、光学等领域打下基础。 案例研究： 分析现代工程中的动态问题，如车辆的制动过程、过山车的运动设计、大型机械设备的动态响应等。 材料力学：材料的内在强度与变形的奥秘 应力与应变：材料内部的反应 基本概念： 本章将聚焦于材料在受力时的内部响应。我们将详细定义应力（单位面积上的内力）和应变（单位长度上的形变），并理解它们与外部载荷之间的关系。 本构关系： 重点将放在材料的本构关系上，特别是线弹性材料的胡克定律。我们将介绍弹性模量、泊松比等关键材料参数，并理解它们如何表征材料在弹性变形范围内的行为。 应力状态与应变状态： 深入分析不同类型的应力（拉应力、压应力、剪应力）和应变，以及它们在二维和三维空间中的分布。主应力、最大剪应力等概念的引入，对于预测材料的失效至关重要。 材料的强度与刚度：抵抗破坏的能力 屈服强度与抗拉强度： 详细解释材料的屈服现象和断裂行为。我们将学习如何从材料的应力-应变曲线上读取屈服强度、抗拉强度等关键指标。 疲劳与断裂力学： 现代工程中，材料在反复加载下的疲劳失效是一个严峻的挑战。本节将介绍疲劳的机理，以及断裂力学如何预测裂纹的扩展和材料的断裂。 蠕变与应力松弛： 对于承受高温或长期载荷的结构，蠕变（在恒定应力下随时间发生的缓慢变形）和应力松弛（应力随时间降低）是需要特别关注的现象。 失效分析： 讨论材料失效的常见模式，如脆性断裂、韧性断裂、屈曲、疲劳失效等，并介绍如何进行失效分析以改进设计。 案例研究： 分析飞机机翼的受力变形、桥梁结构的安全裕度、高压容器的材料选择等实际工程问题。 第二部分：工程材料学基础 在理解了力学原理之后，我们还需要深入了解构成工程世界的基石——各种工程材料。本部分将系统介绍常见工程材料的种类、性能、组织结构以及制备工艺，并探讨材料选择的原则。 金属材料：强度与韧性的完美结合 钢与铁：工业的脊梁 铁碳合金： 详细介绍钢和铸铁的分类，以及碳含量、合金元素对它们组织结构和性能的影响。我们将深入理解退火、正火、淬火、回火等热处理工艺，以及它们如何改变金属的微观组织，从而获得所需的宏观性能。 常用钢材： 介绍碳素钢、合金钢（如不锈钢、工具钢、高速钢）的特性和应用领域。 铸铁： 讨论灰铸铁、球墨铸铁、白口铸铁等的区别和优缺点。 有色金属及其合金：轻巧与导电的魅力 铝合金： 介绍铝的轻质、耐腐蚀性，以及铝合金（如硬铝、超硬铝）在航空航天、汽车制造中的应用。 铜及其合金： 探讨铜的优良导电性、导热性，以及黄铜、青铜等合金在电气、机械等领域的用途。 其他有色金属： 简要介绍钛合金、镁合金等的特性和发展前景。 金属材料的腐蚀与防护：延长使用寿命 腐蚀机理： 阐述金属在环境中的电化学腐蚀和化学腐蚀机理。 防护方法： 介绍牺牲阳极法、电镀、喷涂、钝化等多种金属防腐蚀技术。 高分子材料：多样的形变与广泛的应用 塑料：轻便、绝缘与可塑性 分类与结构： 介绍热塑性塑料（如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯）和热固性塑料（如酚醛树脂、环氧树脂）的分子结构特点和加工性能。 性能与应用： 探讨塑料的力学性能（如强度、韧性、硬度）、热学性能、电学性能等，以及它们在包装、建筑、电子产品等领域的广泛应用。 橡胶：弹性变形的代表 结构与性能： 介绍天然橡胶和合成橡胶的分子结构，以及它们优异的弹性、耐磨性、密封性。 硫化： 阐述硫化过程对橡胶性能的决定性影响。 复合材料：强强联合的典范 概念与优势： 介绍复合材料是由两种或两种以上不同材料（基体和增强体）组成的，结合了各组分的优点，如高比强度、高比刚度、耐腐蚀性等。 纤维增强复合材料： 重点介绍碳纤维增强复合材料（CFRP）和玻璃纤维增强复合材料（GFRP）的结构、性能及其在航空、汽车、体育器材等领域的应用。 其他复合材料： 简要介绍颗粒增强复合材料、层状复合材料等。 陶瓷材料与无机非金属材料：耐高温与绝缘的特性 陶瓷：坚硬、耐高温与绝缘 组成与结构： 介绍氧化物陶瓷（如氧化铝、氧化锆）、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷等的微观结构特点。 性能与应用： 探讨陶瓷的硬度高、耐磨损、耐高温、电绝缘性好等优点，以及它们在电子元件、耐火材料、切削工具等领域的应用。 水泥与混凝土：建筑的基石 组成与性能： 介绍水泥的种类、熟料组成和水化反应，以及混凝土的配合比设计对强度、耐久性的影响。 钢筋混凝土： 阐述钢筋与混凝土的协同工作原理，以及钢筋混凝土在建筑工程中的核心地位。 玻璃：透明与易加工 组成与类型： 介绍普通玻璃、钢化玻璃、夹层玻璃等的成分和性能。 应用： 探讨玻璃在建筑、日用品、光学器件等领域的广泛应用。 材料选择的原则与方法 性能要求： 结合工程实际，详细分析如何根据载荷、环境、使用寿命等要求来确定材料的力学性能、物理性能、化学性能等。 经济性与可获得性： 探讨材料的成本、生产工艺的成熟度、供应的稳定性等因素在材料选择中的重要性。 环境与可持续性： 关注材料的可回收性、环境友好性以及对可持续发展的影响。 综合评估： 介绍如何通过权衡不同因素，进行多标准决策，最终选择最适合特定工程需求的材料。 总结与展望 本书力求通过严谨的理论讲解、生动的案例分析和清晰的图示，帮助读者建立起一套完整的工程力学与材料科学知识体系。掌握这些基础知识，不仅能帮助工程师在实际工作中解决复杂问题，更能激发他们对未来工程技术发展的创新思考。从宏观的结构设计到微观的材料分子，本书提供了一扇理解现代工程世界运转逻辑的窗口，为读者铺就一条通往工程师职业道路的坚实基石。

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这本书的装帧设计着实吸引人，封面采用了深沉的墨绿色，搭配醒目的白色和橘色字体，一看就给人一种专业且严肃的感觉，非常符合其主题的调性。当我翻开内页时，首先感受到的是纸张的质感，不是那种廉价的、容易反光的纸张，而是偏向哑光的，阅读起来眼睛比较舒适，即便是长时间对着文字密集的部分，也不会有太强的视觉疲劳。装订工艺也看得出是下了功夫的，书脊平整，内页翻动顺滑，让人觉得这不是一本快消品，而是可以长期放在书架上随时查阅的工具书。尤其值得一提的是排版布局，信息区块划分清晰，引人注目的核心概念往往会用粗体或者小标题突出显示，这对于需要快速定位特定知识点的专业读者来说，简直是福音。整体视觉体验上，它成功地营造了一种“权威性”和“实用性”并存的氛围，让人在接触内容之前，就已经对它的专业水准产生了初步的信赖感。无论是对于初涉此领域的青年技术人员，还是经验丰富的矿区管理者，这种精心打磨的外部呈现，都是提升阅读体验的重要基石。

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这本书的结构组织逻辑性极强，脉络清晰得像一张精密的路线图。它似乎不是简单地罗列法规条文或技术规范，而是建立了一个从宏观到微观的知识体系框架。我注意到它在介绍某一类安全风险时，往往会先铺垫相关的国家政策背景或行业通则，紧接着深入到具体的操作规程和技术参数，最后再通过问答的形式，将那些读者最常遇到的实际操作难题抛出来并给出解答。这种“理论—实践—疑难解析”的递进式编排，使得知识的吸收过程非常自然流畅，不会让人感到枯燥的理论灌输。举个例子，它在讨论通风系统的维护时，绝不仅仅是告诉我们“要定期检查”，而是细致地分析了不同煤层、不同开采阶段对风量、风速的具体要求，甚至还引用了历史上的几次重大事故案例来佐证为何某些环节不可马虎。这种层层剥笋的叙事手法，让原本晦涩难懂的专业内容，变得立体而富有说服力，对于提升实际操作中的安全意识和应急处理能力，无疑是极大的助益。

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文字的表述风格相当稳健且接地气，没有过多华丽辞藻的堆砌，完全是面向实际操作人员的“大白话”，但这种“大白话”是建立在扎实专业基础上的，绝非敷衍了事。它擅长使用对比和举例的方式来阐释复杂的概念，使得那些原本需要花费大量时间去理解的专业术语，一下子变得鲜活起来。比如，在解释“瓦斯抽放效率”时，它没有停留在枯燥的公式推导，而是用生动的比喻，将抽放管网比作人体的循环系统，清晰地指出了堵塞或泄漏会引发的连锁反应。这种将抽象的工程问题具象化的能力，是这本书最宝贵的特质之一。更让我感到贴心的是，在一些关键的安全操作步骤旁，作者会特意加上“经验提示”或“常见误区”，这些往往是教科书上不会详细记载，但却是现场人员血泪换来的教训总结。这种润物细无声的经验传递，体现了作者对一线工作环境的深刻理解和人文关怀。

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阅读过程中，我发现作者在处理不同领域的交叉问题时展现了极高的专业素养和审慎态度。例如，在涉及井下粉尘治理时，书中不仅详细介绍了湿式除尘的技术细节，还延伸探讨了职业病防治的早期预警指标，甚至还涉及到了对新型环保材料在支护结构中的应用潜力。这表明编撰者拥有一个相当开阔的知识视野，没有将安全生产局限在传统的“防坍塌、防透水、防瓦斯”的四大块中，而是将其视为一个涉及工程力学、环境科学、法律合规乃至人力资源管理等多学科交叉的复杂系统工程。这种全景式的视野，使得这本书的参考价值远远超越了一本单纯的作业指导手册，更像是一个综合性的安全管理参考指南。它的信息密度高，但阅读门槛却因为清晰的逻辑结构而被有效降低，是值得反复研读的工具书，能真正帮助一线人员在复杂的生产环境中，构建起全方位的安全屏障。

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这本书的广度和深度都达到了一个令人惊喜的平衡点，它既能满足初级员工对基础规范的了解需求，也足以让经验丰富的主管层进行知识复习和风险校验。我个人特别欣赏它在涵盖“技术”层面的同时，对“法律”知识的融入是如此恰到好处。法律条文的引用并非是简单地复制粘贴，而是将法律责任和安全技术规范紧密地捆绑在一起。例如，在描述爆破作业的审批流程时，它不仅列出了技术上的许可条件，还清晰地标明了如果超范围或违规操作可能涉及到的《刑法》或《安全生产法》的相关条款及潜在后果。这种结合，极大地增强了读者对安全规定的敬畏心——你不是在遵守一个建议，而是在履行一项带有法律约束力的义务。这种“技术失误即是法律违规”的观念强化，对于构建一个从上至下都严格遵守规章制度的文化氛围，有着不可替代的推动作用。

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