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出版者:

作者:Childs, Peter

出品人:

页数:240

译者:

出版时间:1998-8

价格:$ 70.00

装帧:

isbn号码:9780340692363

丛书系列:

图书标签:

• 机械设计
• 工程力学
• 机械工程
• 设计原理
• 机械制图
• CAD
• CAM
• 材料力学
• 制造工艺
• 自动化

好的，这是一份关于一本名为《材料科学与工程基础》的图书的详细简介。 图书简介：《材料科学与工程基础》 导言：理解物质世界的基石 在当今快速发展的科技时代，新材料的发现与应用是推动社会进步的核心动力。从微观的原子排列到宏观的结构性能，材料的本质决定了我们所能创造的一切——从更轻、更坚固的航空航天部件，到更高效的能源存储设备，再到生物相容性极佳的医疗植入物。《材料科学与工程基础》旨在为读者构建一个全面而系统的知识框架，深入剖析构成我们世界的各种物质的内在规律、制造工艺及其工程应用。 本书并非简单罗列材料的性能数据，而是着重于“为什么”：为什么不同的晶体结构会导致截然不同的强度？为什么热处理能够彻底改变金属的机械特性？通过严谨的科学原理和大量的实例分析，本书将引导读者从原子尺度理解宏观现象，建立起材料科学与工程的完整认知链条。 第一部分：材料的微观结构——世界的构建模块 本部分是全书的理论基础，聚焦于材料的内部构造，这是理解其所有宏观行为的起点。 第一章：晶体结构与缺陷 材料的宏观性能与其微观排列息息相关。本章首先介绍了晶体学的基本概念，包括晶格、晶胞、密堆积结构（如面心立方、体心立方、六方最密堆积）在金属中的表现。我们将详细探讨非晶态材料与晶体材料的区别，并深入研究材料中不可避免的晶体缺陷——点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界）。位错理论是理解材料塑性变形和强化的关键，本章会用大量的图解来阐明位错的运动机制及其对材料力学性能的决定性影响。 第二章：热力学与动力学基础 材料的相变过程受热力学支配，而相变的速率则由动力学控制。本章系统回顾了相变热力学的基本原理，包括吉布斯自由能、相图的构建与解读。重点解析了二元合金相图（如Fe-C相图），这是理解钢铁材料的关键。在动力学方面，本书详细阐述了扩散理论，包括菲克定律，以及扩散在材料热处理和烧结过程中的核心作用。通过理解温度和时间对微观结构演化的影响，读者将掌握控制材料性能的“时间-温度-转变”（TTT）图。 第三章：材料的微观结构演变 本章将理论与实际应用相结合，探讨微观结构是如何通过加工过程被塑造和控制的。内容涵盖晶粒尺寸控制、固溶处理、沉淀强化机制（如析出相的形成与分布）以及晶粒间的相互作用。理解这些演变过程，是实现材料性能优化的前提。 第二部分：主要材料类型及其工程特性 在掌握了微观基础后，本书转向四大主要材料类别，分析它们独特的结构-性能关系。 第四章：金属与合金 金属因其优异的导电性、导热性和机械强度而成为工程结构的主体。本章聚焦于铁基合金（钢和铸铁）的强化机制，包括马氏体转变、贝氏体转变的微观结构特征。此外，还全面介绍了铝合金、钛合金和镍基高温合金的特点，分析它们在航空航天、汽车制造等领域中的应用限制和设计考量。重点讨论了金属的蠕变、疲劳和断裂行为，这是结构设计中必须面对的失效模式。 第五章：陶瓷材料 陶瓷是无机非金属材料的统称，以其高硬度、耐高温和耐腐蚀性著称。本章解析了陶瓷的离子键和共价键结构，解释了其高模量和脆性的根源。内容覆盖传统氧化物陶瓷（如氧化铝、氧化锆）和非氧化物陶瓷（如碳化硅、氮化硅）。特别强调了陶瓷的断裂韧性的提升策略，如引入第二相或利用相变增韧技术。 第四章：高分子材料 高分子材料（聚合物）因其轻质、易加工和可设计性强而日益重要。本章深入探讨了聚合物的链结构、构象与分子间作用力。内容包括热塑性塑料、热固性塑料以及弹性体的分类与特性。着重分析了高分子材料的粘弹性行为、玻璃化转变温度（Tg）和熔点（Tm），这些参数直接决定了其使用温度范围。 第七章：复合材料 复合材料通过结合不同材料的优点来达到单一材料无法企及的性能。本章系统介绍了纤维增强复合材料（如碳纤维、玻璃纤维）和颗粒增强复合材料的界面行为和增强机制。详细分析了层状复合材料（如层压板）的各向异性力学特性，以及它们在需要高比强度和比刚度的领域中的应用。 第三部分：材料的加工、性能与失效分析 本部分将视角从材料本身转向材料如何被制造和使用，以及如何预见和应对其失效。 第八章：材料的加工工艺 成功的工程设计不仅依赖于选择正确的材料，还依赖于选择正确的制造方法。本章概述了现代材料加工技术，包括：成形工艺（如铸造、锻造、轧制）、连接技术（焊接与粘接）、表面改性技术（如渗碳、热喷涂）以及增材制造（3D打印）对材料微观结构的影响。理解加工过程如何引入残余应力、改变晶粒取向，是优化最终产品性能的关键。 第九章：材料的失效分析 材料的可靠性是工程安全的基石。本章详细剖析了工程材料的常见失效模式： 1. 机械失效： 屈服、韧性断裂与脆性断裂的机制区分，断裂韧性（$K_{Ic}$）的评估。 2. 疲劳失效： 循环载荷下的损伤累积、S-N曲线的应用、疲劳裂纹的萌生与扩展。 3. 腐蚀与降解： 物理环境（如氧化、电化学腐蚀）对材料性能的长期影响，以及抗腐蚀措施。 本章通过案例分析，教授读者如何运用断口分析技术来识别和诊断结构失效的根本原因。 第十章：功能性材料概述 随着科技的进步，具有特殊电学、光学、磁学或生物学功能的材料正发挥越来越重要的作用。本章作为前沿概览，简要介绍了半导体材料的能带理论基础、压电材料的机电耦合效应，以及生物材料（如植入物）需要具备的生物相容性。这为有志于深入研究特定功能材料的读者指明了方向。 总结与展望 《材料科学与工程基础》力求成为一本连接基础科学与工程实践的桥梁。通过对结构-性能-加工-应用这一完整链条的深入剖析，本书培养读者一种材料思维——即能够根据设计要求，有目的地选择、处理和预测材料行为的能力。掌握了这些基础，读者将能更好地应对未来的工程挑战，推动新一代功能性与高性能材料的开发与应用。

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我必须承认，我对机械设计理论的基础知识掌握得并不牢固，尤其是涉及到动态系统分析的那一部分，我总是感到云里雾里。然而，这本书在处理复杂动力学问题时，采取了一种非常“工程师导向”的方法。它没有一开始就抛出那些令人望而生畏的微分方程组，而是先用大量的实物图和动画演示的描述（尽管是文字描述，但想象空间极大），将扭转振动、横向振动等现象具象化。特别是在讲解振动隔离与阻尼设计时，作者引入了一种“工程直觉培养法”，即通过对比不同阻尼材料（如粘弹性体与流体阻尼器）在不同频率响应下的表现，引导读者去理解“为什么”要选择某种特定的阻尼方案，而不是仅仅知道“如何”计算。这种由现象到原理，再回归到工程实践的路径，极大地降低了我的学习门槛，让我感觉自己不是在学习一门深奥的学问，而是在学习如何成为一个更精明的制造者。

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说实话，我本来以为这本厚重的著作会充斥着过时的、基于经验的知识，但它的前瞻性远超我的预期。书中关于数字化制造和智能装配的部分，简直像是为工业4.0时代量身定做的教材。它不仅讨论了传统数控（NC）编程的优化，更花了相当大的篇幅去探讨增材制造（3D打印）对传统结构件设计理念的颠覆性影响。例如，在优化拓扑结构设计时，它对比了CNC切削与选择性激光烧结（SLS）在应力集中点处理上的不同策略，强调了如何利用3D打印带来的自由度去实现极致的轻量化，同时保证结构刚度。这种将经典力学与尖端制造技术无缝对接的能力，使得这本书在众多同类出版物中显得尤为独特和实用，它没有停留在“如何设计一个轴”，而是深入探讨了“在未来十年，我们应该如何设计一套系统”。

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这本书的排版和视觉呈现处理得非常出色，这一点对于一本技术书籍来说，往往是决定性的。它的插图绝非那种千篇一律、模糊不清的线框图。相反，那些关于公差配合和几何尺寸标注（GD&T）的图例，简直是艺术品级别的清晰和准确。作者似乎花了大心思去设计那些爆炸视图，每一个零件的相对位置、装配顺序都一目了然，甚至连螺纹的退刀槽画得都极具指导性。我过去在其他资料中学GD&T时，常常被那些复杂的基准符号搞得头晕脑胀，但在这本书里，讲解流程是先从最基础的“位置度”开始，通过实际的加工误差模拟，逐步引入“轮廓度”和“平面度”的相互作用，让人一步步领会到这些看似微小的精度要求，在整个产品生命周期中起到的决定性作用。这套严谨的图示逻辑，让我对“可制造性设计”（DFM）有了全新的认识。

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我对传统教材中那些过于理想化的假设条件深感厌倦，但《机械设计》却展现了一种罕见的务实精神。它没有回避现实世界中的不确定性和约束。最能体现这一点的是关于润滑与密封章节的处理。作者没有简单地罗列各种油封的类型，而是提供了一个详尽的决策树模型，指导读者根据工作介质的粘度、运行温度、转速和允许的泄漏等级，来选择合适的唇形密封、迷宫密封还是非接触式密封。更重要的是，它还讨论了“可维护性”对密封件选择的影响——比如，一个极难更换的密封件，即使性能再好，在实际维护成本面前也可能是不经济的选择。这种始终将“全生命周期成本”和“现场操作便利性”纳入考量的叙事方式，让这本书读起来充满了现实的重量感和可操作性，它教的不是书本上的完美机械，而是能够在车间里真正运转起来的可靠产品。

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这本《机械设计》简直是打开了我对工程世界的一扇新大门，内容编排得极为精妙，完全不像那种堆砌公式和图表的教科书。我印象最深的是它对材料力学的直观阐释，作者没有停留在枯燥的应力应变计算上，而是花了大量的篇幅去探讨不同制造工艺如何影响材料的微观结构，进而决定了零件的最终性能。比如，在阐述疲劳强度时，书中通过一系列生动的案例，展示了表面处理工艺，如喷丸强化或渗碳淬火，是如何显著延长关键轴承和齿轮寿命的。更令人称道的是，它对设计哲学有着深刻的见解。书中反复强调“设计是为了解决问题，而非仅仅是画图”，这促使我从纯粹的理论推导转向实际的应用场景考量。例如，在模块化设计那一章，作者并非简单介绍标准件，而是深入分析了供应链管理、快速原型制造与最终产品维护成本之间的复杂权衡，这对于我们这些刚接触工业界的新人来说，简直是醍醐灌顶，让我们明白每一个螺栓的选择背后都有着深思熟虑的商业逻辑。

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