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出版者:复旦大学出版社

作者:吴世平 赵曼 主编

出品人:

页数:345

译者:

出版时间:2010-6

价格:38.00元

装帧:平装

isbn号码:9787309072556

丛书系列:

图书标签:

• 工程力学
• 力学
• 工程
• 物理
• 大学教材
• 高等教育
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• 材料力学
• 结构力学
• 理论力学

《现代材料科学与工程应用》 书籍简介 本书深入探讨了现代材料科学的广阔领域及其在工程实践中的前沿应用。它不仅仅是对传统材料学知识的简单罗列，更是一部立足于原子、微观结构、性能调控与宏观应用之间复杂关联的综合性著作。全书以严谨的科学逻辑和清晰的工程思维为指导，旨在为读者构建一个全面、深入且具有前瞻性的材料科学知识体系。 第一部分：材料科学基础与结构 本部分奠定了理解所有工程材料的基础。我们从材料的本源——原子结构和化学键入手，详细剖析了晶体结构和非晶态结构对材料宏观性能的决定性影响。 晶体学与缺陷理论： 深入讲解了晶体学基础，包括晶格常数、晶带指数的确定与应用。重点突出了材料中不可避免的各种缺陷（点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷）的形成机制、运动规律及其对力学性能、导电性、扩散速率的关键作用。例如，如何通过控制位错密度来调控金属的强度和韧性。 热力学与相变： 阐述了材料体系的热力学平衡原理，包括吉布斯相律、相图的绘制与解读。重点分析了固态下的扩散机制（如菲克定律），以及重要的相变过程，如结晶、析出强化、固溶处理和热处理工艺对材料微观组织和性能的重塑作用。特别地，对二元合金相图（如Fe-C系、Cu-Ni系）的精细解析，是理解钢铁和铜合金加工的基础。 微观结构表征技术： 介绍了现代材料分析的“眼睛”，包括X射线衍射（XRD）用于晶体结构分析、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）用于形貌和晶体学观察、能谱分析（EDS）和电子背散射衍射（EBSD）用于元素分布和晶粒取向分析。强调如何将表征结果与材料的宏观性能关联起来。 第二部分：四大类工程材料的深度解析 本部分将理论知识应用于四大核心工程材料领域，探讨其特有的结构-性能关系。 金属材料： 重点分析了晶体塑性变形理论，包括滑移、孪生。详细讨论了强化机制：固溶强化、加工硬化、晶界强化（Hall-Petch关系）和第二相强化。对钢铁材料的贝氏体、马氏体转变、淬火与回火过程的微观机理进行了透彻讲解，并展望了高熵合金等新型金属材料的发展方向。 陶瓷材料： 探讨了离子键和共价键主导的陶瓷材料的结构特性，如高硬度、耐高温、优异的电学和化学稳定性。分析了陶瓷的脆性本质，以及增韧技术（如增韧颗粒、裂纹桥接）的应用。覆盖了氧化物、非氧化物以及结构陶瓷和功能陶瓷的应用实例。 高分子材料： 侧重于聚合物的分子链结构（构象、构型）与宏观粘弹性行为的联系。讲解了玻璃化转变温度（Tg）和熔点（Tm）对加工和使用的影响。深入研究了加成聚合、缩聚等反应机制，以及复合材料中纤维与基体之间的界面作用。 复合材料： 聚焦于通过优化纤维（碳纤维、玻璃纤维）和基体（树脂、金属、陶瓷）的组合来获得超越单一材料性能的新型材料。详细讨论了各向异性复合材料的力学模型，如层合板理论，并讨论了先进制造技术如3D打印对复合材料设计自由度的提升。 第三部分：材料性能与工程应用 本部分将焦点从材料本身转移到材料在实际工程环境下的响应和使用寿命。 力学性能进阶： 区分了弹性、粘弹性、粘塑性行为。不仅涵盖了静态拉伸、压缩、弯曲测试，还详细分析了疲劳（低周疲劳与高周疲劳的S-N曲线分析、Paris定律）、蠕变（稳态蠕变速率）以及断裂韧性（应力强度因子$K_I$、J积分）等关键指标。特别强调了对材料失效模式的预测与避免。 环境响应与腐蚀： 探讨了材料在极端环境中的退化机制。对电化学腐蚀的原理（原电池、浓差电池）、防护措施（缓蚀剂、牺牲阳极、阴极保护）进行了系统介绍。此外，还讨论了高温氧化、应力腐蚀开裂（SCC）、氢脆等复杂失效现象。 功能材料与器件： 拓展到非结构性应用，如半导体材料中的能带理论、压电/铁电材料的本征特性、磁性材料（软磁与硬磁）的选择标准，以及光电材料在传感器和能源器件中的集成设计。 第四部分：材料的先进制造与可持续发展 本部分展望了面向未来的材料科学与工程挑战。 增材制造（3D打印）： 专门探讨了利用激光熔融沉积（SLM）、电子束熔融（EBM）等技术制造金属和聚合物部件时，热历史如何影响最终的微观组织和残余应力，以及如何进行工艺优化以保证零件的结构完整性。 材料的计算模拟： 介绍了从第一性原理计算到分子动力学模拟（MD）、有限元分析（FEA）在材料设计和性能预测中的应用，展示了计算工具如何加速新材料的研发周期。 可持续性与循环经济： 讨论了材料的生命周期评估（LCA），重点研究了轻量化材料的设计（如金属泡沫、先进复合材料）对能效的贡献，以及高性能材料的回收与再利用技术，强调绿色化学和循环经济在材料工程中的重要性。 本书结构严谨，内容覆盖面广，理论深度适中，配有大量的工程案例和图表，是高年级本科生、研究生以及从事材料研发、产品设计和质量控制的工程师的理想参考读物。它致力于培养读者从微观结构理解到宏观性能预测，再到工程应用决策的完整思维链条。

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老实说，我之前对流体力学部分的学习一直感到非常吃力，那些偏微分方程和边界条件总是让我感到头晕脑胀。然而，这本《工程力学》对流体力学部分的阐述，简直是一股清流。作者非常注重对基本物理概念的物理意义的把握，他用大量的篇幅去解释“涡度”、“流线”、“伯努利原理”的本质，而不是仅仅停留在公式的代数变形上。他甚至引入了一些历史性的背景，讲述了这些理论是如何一步步发展起来的，这极大地增强了知识的可读性和趣味性。特别是在处理粘性流体和无粘性流体过渡的章节，作者的处理方式极其细腻，他用非常直观的类比，帮助我们将复杂的数学模型与真实的流体行为联系起来，让我第一次感觉自己真正“看懂”了流动的本质，而不是仅仅记住了几个方程。

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这本书的深度和广度都令我十分佩服，尤其是对材料力学部分的处理，简直可以说是教科书级别的典范。作者在介绍材料的疲劳和蠕变特性时，并没有停留在现象的描述上，而是深入探讨了微观结构层面的变化如何影响宏观力学性能。他对断裂韧性等前沿概念的引入，使得这本书即便是对于已经有一定基础的读者来说，也充满了新的启发。更难能可贵的是，作者在保持理论深度不减的情况下，始终保持着一种鼓励探索的语调。他经常在章节末尾设置一些开放性的思考题，这些问题往往不直接要求计算，而是引导我们去思考不同设计方案背后的力学权衡。这种“授人以渔”的教学方式，极大地激发了我独立分析问题的兴趣，让我感觉自己不再是被动接受知识，而是在主动构建知识体系。

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读完这本《工程力学》的前半部分，我最大的感受是“实用性太强了”。很多力学书籍侧重于纯理论的推导和证明，读起来让人感觉像在做数学题，而不是在学习解决工程问题。但这本书明显不同，它仿佛是一位经验丰富的老工程师在手把手教你如何解决实际难题。书中有大量的案例分析，每一个案例都配有详细的解题步骤和结果讨论，特别是那些关于结构安全冗余度的探讨，让我对工程设计中“留有余地”的哲学有了更深的理解。我尤其欣赏作者在讲解特定公式应用时的“陷阱提示”，他会明确指出初学者最容易在哪里犯错，比如在处理多维应力状态时方向选择的错误，这无疑为我们这些初学者省去了不少“试错”的时间。这本书的排版也十分清爽，图表清晰，公式编号规范，这在查阅特定知识点时提供了极大的便利，避免了在厚厚的书页中迷失方向。

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这本《工程力学》的封面设计得相当沉稳大气，深蓝色的背景配上简洁的白色字体，透着一股严谨的学究气。我刚拿到手的时候，还以为会是一本枯燥乏味的教科书，毕竟“力学”这两个字听起来就让人头皮发麻。然而，翻开第一章后，我的顾虑就烟消云散了。作者的叙述方式非常巧妙，他没有急于抛出复杂的公式，而是从我们日常生活中常见的例子入手，比如吊桥的受力分析、建筑结构的稳定性，把抽象的理论具象化了。阅读过程中，我发现作者对概念的阐释极为透彻，即便是像“应力”、“应变”这种初学者容易混淆的概念，也能通过生动的比喻和清晰的图示被一一剖析清楚。比如讲到材料的弹性极限时，作者用橡皮筋的拉伸和断裂做了对比，形象得让人过目不忘。这本书的结构安排也十分合理，知识点层层递进，从静力学的基础逐步过渡到更复杂的动力学问题，逻辑链条非常完整，让人感觉每一步的攀登都是扎实的。

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对我个人而言，这本书最大的价值在于它对分析方法的系统性总结。在处理复杂的动态系统问题，比如振动分析时，很多教材往往是孤立地介绍几种方法。而这本书则将傅里叶分析、模态分析等工具进行整合，并展示了它们在解决不同类型振动问题时的适用性和优缺点。作者提供的附录部分也做得非常详尽，包含了常用材料的力学性能数据表和重要的数学变换公式，方便随时查阅，体现了编者对读者使用体验的关怀。总的来说，这本书不仅仅是一本知识的集合，更像是一套完整的工程思维训练手册。它不仅教会了我“如何计算”，更重要的是教会了我“如何思考”——如何用力学的视角去审视和解决工程实践中的一切挑战，从宏观的结构稳定性到微观的材料失效，都给出了清晰的分析框架。

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