材料的力学性能

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出版时间:1990-4
价格:16.00元
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isbn号码:9787561201503
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  • 材料力学
  • 力学性能
  • 材料科学
  • 工程材料
  • 机械工程
  • 固体力学
  • 材料测试
  • 应力应变
  • 断裂力学
  • 材料强度
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具体描述

面向新时代的先进材料力学行为与设计 本书导言: 在现代工程技术飞速发展的浪潮中,材料的性能已成为决定结构成败和技术突破的关键瓶颈。从航空航天领域的极端温度与载荷,到生物医学工程中对高相容性与生物活性的要求,再到新能源技术对轻量化与高强度的苛求,对材料的力学行为进行深入、精准的理解和调控,已不再是传统土木或机械工程的范畴,而是跨学科前沿研究的核心议题。 本书《面向新时代的先进材料力学行为与设计》旨在为读者构建一个全面、深入且与时俱进的材料力学知识体系。我们摒弃了过于侧重经典宏观分析的传统叙事方式,转而聚焦于微观结构如何决定宏观力学响应,以及如何基于此原理进行新材料的理性设计。本书的结构围绕“结构-性能-设计”这一核心闭环展开,力求展现材料力学从现象描述到规律揭示,再到工程应用的完整路径。 第一部分:基础理论的深化与拓展 (Microstructure Foundation and Continuum Mechanics Extension) 本部分旨在巩固读者对经典材料力学基础的理解,但重点在于将这些基础理论与更精细化的结构尺度关联起来。 第一章:晶体塑性与位错动力学: 我们将深入探讨金属的形变机制。内容涵盖位错的产生、运动、交互作用(如交滑移、缠结)及其对宏观屈服强度、加工硬化率的定量影响。重点分析不同晶体结构(面心立方、体心立方、密排六方)在各向异性变形中的差异,并引入晶体塑性有限元(CP-FE)方法的理论基础,用于模拟复杂应力状态下的织构演化。 第二章:高分子与复合材料的粘弹性本构: 针对聚合物和纤维增强复合材料,本书将超越经典的胡克定律和牛顿粘性流体模型。详细阐述时间-温度等效原理(TTSP),利用Prony级数或广义Maxwell模型描述粘弹性松弛过程。在复合材料部分,专注于微观力学模型,如Halpin-Tsai方程和自洽模型,用以预测层合板在不同纤维取向和基体性能下的有效模量和蠕变行为。 第三章:多尺度建模的桥梁: 介绍如何连接原子尺度模拟(如分子动力学MD)与介观尺度模拟(如相场法、晶格玻尔兹曼法)。阐述如何从MD模拟中提取有效的相互作用势,进而得到描述界面行为或晶界迁移的连续介质参数。这部分内容是实现材料“由内而外”设计的关键工具。 第二部分:前沿材料的力学特性与失效分析 (Mechanics of Advanced Materials and Failure Pathways) 本部分聚焦于当前工程应用中最受关注的几类新型材料,剖析其独特的力学挑战。 第四章:陶瓷与无机非金属材料的断裂韧性: 陶瓷材料的高脆性是其应用的主要限制。本书将重点分析Griffith裂纹扩展理论在陶瓷中的应用,并详细讨论韧化机制,如纤维增韧(Crack Bridging)、颗粒钉扎效应(Grain Bridging)以及相变增韧(如氧化锆部分稳定化)。引入断口形貌学分析,结合扫描电镜(SEM)观察,解析材料的微观断裂模式。 第五章:结构陶瓷与高温合金的蠕变与疲劳: 针对航空发动机和燃气轮机叶片等高承载、高温环境下的服役材料,本书深入探讨蠕变(稳态、瞬态)的物理机制,包括Nabarro-Herring扩散蠕变和二次蠕变中的位错攀移。在疲劳分析方面,侧重于高周疲劳(HCF)中的Paris定律及其修正形式,以及低周疲劳(LCF)中的Manson-Coffin关系,并结合氧化对疲劳寿命的协同影响。 第六章:功能梯度材料(FGM)与梯度塑性: FGM由于其成分或微观结构沿空间连续变化的特性,使其在热应力缓释方面表现优异。本章将推导描述梯度材料有效模量的泊松比和热膨胀系数的平均化方法,并建立考虑梯度效应的本构关系。重点讨论梯度材料在热冲击下的应力分布与残余应力分析。 第七章:生物医用材料的界面力学: 探讨植入物(如人工关节、骨钉)与活体组织之间的耦合力学问题。内容包括材料的耐磨损性、疲劳性能在模拟体液环境下的变化,以及骨组织对载荷的生物机械响应(Wolff定律的力学视角)。强调材料表面粗糙度、润湿性对细胞粘附和组织整合的影响。 第三部分:先进计算与理性设计方法 (Advanced Computation and Rational Design) 本部分转向如何利用先进的计算工具和设计理念,实现材料性能的最优化。 第八章:损伤力学与本构模型的演进: 介绍更具物理意义的损伤变量,如Continuum Damage Mechanics (CDM)。重点分析Ladeveze损伤模型在混凝土、岩石等非线性、不可恢复材料中的应用。同时,引入内聚力模型(Cohesive Zone Model, CZM)来描述界面开裂和层间脱粘的能量释放率,实现对复合材料分层失效的精确模拟。 第九章:优化设计与逆向工程: 阐述拓扑优化、形状优化在结构轻量化与性能提升中的应用,并将其与材料的设计相结合,即材料信息学(Materials Informatics)。介绍如何利用机器学习方法(如高斯过程回归、神经网络)从大量实验数据中快速识别影响关键力学性能(如断裂韧性、屈服强度)的微观结构参数,实现从性能指标反推所需微结构的设计路径。 第十章:增材制造(AM)材料的残余应力和各向异性控制: 增材制造引入了全新的凝固和冷却路径,导致最终部件内部存在复杂的残余应力场和显著的微观结构各向异性。本章将分析激光熔融过程中的热-力耦合机制,讨论如何通过优化扫描策略、预热温度来控制残余应力的分布,并建立描述AM材料晶粒取向与力学性能关联的经验模型,以确保最终产品的可靠性。 结语: 本书的编写宗旨在于提供一个坚实的理论框架,同时紧密跟踪材料科学与工程的最新进展。它不仅是为研究生和科研人员准备的参考资料,也是希望在未来材料领域实现技术突破的工程师和研发人员的必备工具书。通过对微观机制的深入挖掘和先进计算工具的应用,读者将能够更有效地理解、预测并最终设计出满足下一代工程挑战的先进材料。

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读后感

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这本书的章节结构非常清晰,从基础概念到高级理论,层层递进,逻辑严谨。我翻阅了其中关于应力分析和应变分析的部分,对这些基本概念有了更深刻的理解。我特别想知道,如何将这些理论应用到实际的工程问题中,比如如何计算构件的应力集中,以及如何预测材料在载荷作用下的变形。我曾经在进行结构设计时,因为对这些概念理解不够透彻,导致设计不够优化。这本书的出现,为我提供了宝贵的理论指导。我还在犹豫是否要深入学习其中的断裂力学部分,因为这涉及到一些复杂的数学公式和概念,对我来说是有一定挑战的。但考虑到断裂力学在评估材料安全性和寿命预测中的重要性,我想我最终还是会去尝试掌握它。

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这本书的封面设计简洁大气,却又不失专业感,让人一眼就能感受到其学术的严谨性。我翻阅了目录,发现书中对各种金属材料的力学性能有着非常详尽的介绍,包括它们的组织结构、相变、强化机制以及在不同载荷下的响应。我尤其对书中关于合金设计以及如何通过热处理来优化材料力学性能的部分充满期待。我曾经在实验室里进行过一些材料性能的测试,但对于测试结果背后的深层原因,以及如何根据实际需求来设计合金,一直缺乏一个系统性的认知。这本书的出现,正好弥补了我的这一知识短板。我还在犹豫是否要深入学习其中的断裂力学部分,因为这涉及到一些偏微分方程和复变函数,对我来说是有一定的挑战的。但考虑到断裂力学在结构安全评估中的核心地位,我想我最终还是会克服困难,去深入理解其中的原理。

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拿到这本书的那一刻,我就被它坚实的装帧和厚重的分量所吸引。这不仅仅是一本书,更像是一本厚重的百科全书,里面承载着关于材料力学性能的无数知识和智慧。我特别期待书中关于高分子材料力学性能的章节,因为这方面的应用实在太广泛了,从服装纺织到医疗器械,再到各种高科技产品,都离不开高性能高分子材料。我想要了解它们在不同温度、湿度、应力状态下的表现,以及如何通过分子设计来调控它们的力学性能。这本书的排版也非常舒服,字号适中,行间距合理,即使长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。我还在思考,书中是否会涉及到一些前沿的研究方向,比如纳米材料的力学性能,或者仿生材料的设计理念。如果能在这个方面有所涉猎,那这本书的价值无疑会更上一层楼。我曾经在网上看到过一些关于3D打印材料力学性能的文章,希望这本书能够提供更系统、更深入的理论支撑。

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这本书的参考文献非常丰富,足以证明作者在撰写过程中进行了大量的文献调研,确保了内容的科学性和权威性。我尤其对书中关于材料的损伤机制和寿命预测的讨论很感兴趣。了解材料在长期服役过程中如何产生损伤,以及如何预测其剩余寿命,对于保障工程结构的可靠运行至关重要。我曾经在维护过程中遇到过一些设备老化的问题,但总是难以准确判断其剩余寿命。这本书的出现,为我提供了解决这些问题的理论基础。我还在犹豫是否要深入学习其中的可靠性理论,因为这涉及到一些概率统计和风险评估,对我来说是有一定难度的。但考虑到可靠性理论在保障工程安全性和经济性中的重要性,我想我最终还是会去尝试理解它。

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这本书的案例分析部分非常吸引人,作者通过一些实际工程问题,生动地展示了材料力学性能在工程设计中的重要性。我尤其对书中关于结构失效分析的案例很感兴趣,了解不同失效模式的原因和预防措施,对于提高工程结构的安全性至关重要。我曾经在工作中遇到过一些结构性的问题,但总是难以准确判断失效的根本原因。这本书的出现,仿佛为我打开了一扇新的大门,让我看到了解决这些问题的希望。我还在犹豫是否要深入学习其中的疲劳分析方法,因为这涉及到一些复杂的统计模型和寿命预测,对我来说是有一定难度的。但考虑到疲劳是导致许多结构失效的重要原因,我想我最终还是会去尝试理解它。

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这本书的纸质和印刷质量都非常出色,触感温润,色彩饱满,给人的阅读体验非常好。我翻阅了其中关于陶瓷材料力学性能的部分,发现作者对陶瓷材料的脆性、硬度以及高温性能有着非常透彻的分析。我特别感兴趣的是书中关于陶瓷复合材料的讨论,以及如何通过引入增强相来提高陶瓷的韧性。我曾经在一些工程项目中遇到过陶瓷材料的应用,但因为对其力学性能的了解不够深入,总是在选择材料时有所顾虑。这本书的出现,让我看到了解决这些问题的希望。我还在思考,书中是否会涉及到陶瓷材料在极端环境下的表现,比如在核反应堆或者航空发动机中的应用。如果能在这个方面有所扩展,那这本书的价值无疑会更加突出。我还在犹豫是否要深入学习其中的有限元分析方法,因为这涉及到一些复杂的数值计算,对我来说是有一定门槛的。

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这本书的封面设计就充满了质感,深邃的蓝色背景搭配烫金的标题,仿佛预示着内容的沉甸甸和学术的严谨。翻开第一页,扑面而来的是一种扎实的学术气息,纸张的触感也十分考究,拿在手里就有一种沉甸甸的信任感。虽然我还没来得及深入研读,但仅仅是浏览目录,就能感受到作者在内容组织上的匠心独运。从宏观的材料分类,到微观的原子结构对宏观性能的影响,再到各种复杂的力学测试方法和数据分析,整个脉络清晰得如同精密仪器。尤其是看到关于疲劳、断裂、蠕变等章节的概述,就觉得这本书不仅仅是理论的堆砌,更包含了大量的实际应用和工程考量。我特别期待看到作者如何将抽象的力学原理与具体材料的实际性能联系起来,比如在桥梁设计、航空航天、甚至日常用品的制造中,材料的力学性能扮演着怎样的关键角色。我曾经在学习过程中遇到过一些关于材料强度和韧性难以理解的地方,希望这本书能用它深入浅出的讲解,帮我拨开迷雾。我已经迫不及待想要深入其中,去探索材料世界的那些奥秘,去感受那些肉眼不可见的微观世界如何决定了我们身边宏观物体的命运。

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这本书给我的第一印象是它的权威性,那种扑面而来的专业感,让人望而却步又忍不住想要一探究竟。作者的学术背景 evidentemente 非常深厚,从参考文献的引述和理论推导的严谨程度来看,这本书绝对是经过了长期的研究和打磨。我尤其对书中关于材料失效模式的讨论很感兴趣,无论是脆性断裂还是韧性断裂,亦或是疲劳失效,这些都直接关系到工程结构的安全性和可靠性。我曾经在工作中有过类似的困惑,因为对材料的失效机理理解不够深入,导致在选择材料时瞻前顾后,效率不高。这本书的出现,仿佛是我在迷雾中看到了一盏指路明灯,让我看到了解决这些问题的希望。我还在犹豫要不要深入学习其中的数值模拟部分,因为这涉及到一些复杂的数学模型和编程知识,但鉴于其在现代材料科学研究中的重要性,我想我最终还是会下定决心去攻克它。这本书的图表也相当精美,将复杂的概念可视化,这一点对于我这种视觉型学习者来说,无疑是巨大的福音。

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这本书的图片和图表都非常精美,将抽象的力学概念具象化,大大降低了理解的难度。我翻阅了其中关于非金属材料力学性能的部分,对橡胶和塑料的弹性、塑性、粘弹性等行为有了更深入的认识。我特别想了解,如何通过调整高分子的分子结构和添加剂,来优化它们的力学性能,以满足不同应用场景的需求。我曾经在制造过程中遇到过塑料件变形的问题,希望这本书能够提供一些理论指导,帮助我找到问题的根源。我还在犹豫是否要深入学习其中的数值模拟部分,因为这涉及到一些复杂的编程语言和有限元软件,对我来说是有一定挑战的。但考虑到数值模拟在材料性能预测和优化设计中的重要性,我想我最终还是会去尝试掌握它。

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这本书的语言风格非常朴实,却又不失学术的深度。作者似乎非常注重将复杂的理论用清晰易懂的方式呈现出来,这一点让我倍感欣慰。我尤其对书中关于复合材料的力学性能的讨论很感兴趣,因为复合材料在现代工程领域中的应用越来越广泛,其性能的优化对提高结构效率至关重要。我想要了解不同基体材料和增强材料的组合方式,以及它们如何影响复合材料的强度、刚度、韧性以及疲劳寿命。我曾经在设计过程中遇到过关于复合材料层合板的力学分析问题,希望这本书能够提供更系统、更深入的解决方案。我还在犹豫是否要深入学习其中的损伤力学部分,因为这涉及到一些概率统计和损伤累积模型,对我来说是有一定难度的。但考虑到损伤力学在预测材料寿命和可靠性评估中的重要性,我想我最终还是会去尝试理解它。

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