FATIGUE AND DURABILITY OF METALS AT TEMP pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Manson, S. S.; Halford, G. R.;

出品人:

页数:265

译者:

出版时间:

价格:2275.20

装帧:

isbn号码:9780871707185

丛书系列:

图书标签:

• 金属疲劳
• 耐久性
• 高温
• 材料科学
• 金属材料
• 失效分析
• 结构完整性
• 疲劳寿命
• 损伤力学
• 高温材料

《现代工程材料的微观结构与性能》 图书简介 本书旨在为材料科学、机械工程、航空航天等领域的工程师、研究人员和高年级本科生提供一本全面而深入的参考书，重点阐述工程材料，特别是金属和合金，在复杂服役环境下的微观结构演变、宏观力学性能以及长期可靠性问题。本书的叙述风格严谨、逻辑清晰，侧重于从基础理论到实际应用的桥接，力求使读者能够深刻理解材料性能背后的物理机制。 第一部分：工程材料基础与微观结构 本部分首先回顾了金属材料的基本晶体结构、缺陷类型（点缺陷、位错、晶界）及其对材料宏观力学性能（如屈服强度、硬度、韧性）的影响。随后，详细讨论了合金化、热处理（退火、正火、淬火、回火）以及塑性变形过程如何精确控制和优化材料的微观结构，例如析出相的形成、晶粒尺寸的调控（Hall-Petch关系）。特别强调了先进材料，如高熵合金和纳米结构材料在特定性能提升方面的潜力。 第二部分：力学性能的表征与本构关系 本章深入探讨了静态和动态载荷下材料行为的量化描述。内容涵盖了拉伸、压缩、弯曲、扭转等基本试验方法，并详细介绍了应力-应变曲线的分析，包括弹性模量、屈服平台、加工硬化指数的确定。在塑性理论方面，本书阐述了基于能量原理的屈服准则（如Von Mises、Tresca准则）及其在有限元分析中的应用。此外，还引入了蠕变、松弛等时间依赖性变形的本构模型，为后续的长期可靠性分析奠定理论基础。 第三部分：环境因素对材料行为的影响 这是本书的核心内容之一，专注于材料在不同环境场（温度、腐蚀介质、辐射）协同作用下的响应。 3.1 极端温度环境下的行为（高温与低温） 本书详细分析了高温对材料内部结构的影响，包括扩散加速、晶界滑移、相变动力学变化。重点讨论了高温下的蠕变现象：从初级、次级到三级蠕变的物理模型（如Norton定律、Bailey-Norton模型），以及如何通过微观结构设计（如定向凝固、沉淀强化）来提高材料的抗蠕变性能。 在低温方面，本书探讨了韧脆转变（Ductile-to-Brittle Transition, DBTT）现象在钢材中的重要性，分析了低温下位错运动的受阻机制以及脆性断裂的特征（如穿晶/沿晶断裂）。针对低温脆性问题，给出了防止或减轻脆化效应的工程措施。 3.2 腐蚀与环境辅助的损伤 本部分聚焦于材料在化学侵蚀和电化学过程中的失效模式。详细介绍了各种腐蚀类型，如均匀腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀开裂（SCC）。着重分析了SCC的“三要素”——敏感材料、拉应力、腐蚀环境——之间的相互作用机制，并提供了缓蚀剂选择、表面涂层设计及电化学保护策略。 3.3 辐照效应 针对核能和空间应用材料，本书阐述了高能粒子辐照如何导致晶格损伤、空位-间隙原子团簇的形成，以及这些缺陷如何影响材料的力学性能（如辐照脆化、辐照蠕变）。 第四部分：断裂力学与损伤容限 本部分从宏观和介观层面探讨了材料和结构件的最终失效过程。 4.1 线性弹性断裂力学（LEFM） 本书系统介绍了裂纹尖端的应力奇异性问题，以及基准参数——应力强度因子（$K$）和断裂韧度（$K_{IC}$）的计算方法（如有效裂纹长度、裂纹扩展度量）。讨论了裂纹的萌生、扩展和最终失稳的判据。 4.2 弹塑性断裂力学（EPFM） 针对发生显著塑性变形的材料和结构，本书引入了更先进的断裂参数，如J积分（$J$ 积分）和裂纹尖端张开位移（CTOD）。详细解释了J积分在评估材料抗裂纹扩展能力中的优势，并讨论了小样本效应和几何效应的影响。 4.3 疲劳理论基础 疲劳是工程中最常见的失效模式之一。本书从应力控制（S-N曲线，Basquin关系）、应变控制（ε-N曲线，Coffin-Manson关系）两个维度系统阐述了低周疲劳和高周疲劳的机理。深入探讨了疲劳裂纹的萌生、稳定扩展（Paris-Erdogan公式）和最终断裂过程，并引入了基于裂纹增长速率的损伤容限评估方法。 第五部分：先进材料的可靠性工程 本部分将前述理论应用于新型材料体系和复杂结构设计中。讨论了陶瓷基复合材料、金属基复合材料（MMC）的界面问题、层状结构下的损伤演化。此外，还包含了结构健康监测（SHM）的基本概念，以及如何利用无损检测技术（NDT）来评估服役中结构件的剩余寿命和损伤程度，确保工程系统的长期安全运行。 总结 本书内容广博，理论与应用并重，不仅为读者提供了理解材料复杂行为的工具箱，更为结构设计中的可靠性评估和寿命预测提供了坚实的科学依据。通过对微观结构、环境效应和断裂机制的综合分析，本书旨在培养工程师对材料限制性的深刻认识，从而设计出更安全、更持久的工程产品。

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