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出版者:机械工业出版社

作者:刘庆潭

出品人:

页数:355

译者:

出版时间:2006-6

价格:30.00元

装帧:

isbn号码:9787111185031

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《工程材料的力学性能与失效分析》 内容简介 本书旨在深入探讨工程材料在各种载荷作用下的力学行为，并在此基础上阐述其失效机理与分析方法。全书共分为四个主要部分，涵盖了从材料基本力学性能的表征，到宏观力学行为的理解，再到微观失效机制的解析，最终聚焦于实际工程中的失效案例分析与预防。 第一部分：工程材料的基本力学性能 本部分着重于介绍和理解构成工程材料骨架的微观结构与宏观力学性能之间的内在联系。我们将首先从晶体结构与缺陷讲起，解释晶体学基础如何影响材料的均匀性与各向异性。随后，详细阐述各种经典的力学性能测试方法，如拉伸试验、压缩试验、弯曲试验、剪切试验、硬度试验和冲击试验。对于每一项测试，我们将深入剖析其测试原理、仪器设备、试样制备要求、数据采集与处理方法，以及由此得到的关键力学参数（如弹性模量、泊松比、屈服强度、抗拉强度、伸长率、断面收缩率、韧性、脆性、疲劳极限、蠕变极限等）。 特别地，我们将详细讲解这些力学参数的物理意义，它们是如何反映材料抵抗变形和断裂能力的。例如，弹性模量代表材料抵抗弹性变形的能力，屈服强度则标志着材料从弹性变形进入塑性变形的临界点。我们还会讨论影响这些性能的因素，包括材料成分、热处理工艺、加工方法以及环境条件（如温度、湿度、腐蚀性介质）。此外，蠕变和应力松弛作为材料在长期载荷下的重要行为，也将得到详尽的讨论，包括其基本理论、影响因素以及预测方法。疲劳是工程结构失效的常见原因，因此本部分将投入大量篇幅介绍疲劳的概念、S-N曲线、疲劳裂纹萌生与扩展机制、影响疲劳寿命的因素（如应力集中、表面状态、环境腐蚀）以及提高疲劳强度的途径。 第二部分：宏观力学行为的分析与模拟 在掌握了材料的基本力学性能之后，本部分将视角转向宏观层面，即材料在实际载荷下的整体力学响应。我们将从应力与应变的基本概念出发，引入应力张量与应变张量，并推导其在直角坐标系下的分量形式。在此基础上，详细介绍各种本构关系，包括线弹性本构关系（如胡克定律及其推广）、塑性本构关系（如屈服准则与流动法则）、粘弹性本构关系以及损伤力学本构模型。对于塑性力学，我们将重点讲解Mises屈服准则和Tresca屈服准则，以及相关的塑性流动理论，帮助读者理解材料在屈服后如何发生不可逆变形。 本部分还将深入探讨断裂力学的基础理论。我们将介绍线弹性断裂力学，包括应力强度因子、断裂韧性（KIC）的概念及其测试方法，以及基于应力强度因子的断裂判据。随后，我们将引入弹塑性断裂力学，讲解J积分、COD（裂纹尖端张开位移）等参数，以及它们在评估材料断裂行为中的作用。对于复杂应力状态下的材料行为，我们将引入广义应力强度因子和基于能量原理的断裂准则。此外，有限元分析（FEA）作为现代工程力学分析的重要工具，也将被引入。我们将介绍有限元法的基本思想，如何将连续体离散化为有限个单元，以及单元方程的组装与求解过程。通过结合理论分析和数值模拟，读者将能够预测材料在复杂几何形状和载荷条件下的应力分布、变形情况以及潜在的失效风险。 第三部分：材料失效的微观机制与表征 本部分将深入探究材料失效的根源，从微观层面剖析各种失效机制。我们将详细介绍四种主要的失效模式：断裂、疲劳、蠕变和腐蚀。 断裂失效：我们将区分韧性断裂和脆性断裂。对于韧性断裂，我们将分析微观颈缩、空洞成核、生长与合并等过程，并通过扫描电子显微镜（SEM）等手段观察韧窝结构。对于脆性断裂，我们将讨论解理断裂、晶界断裂等，并通过SEM观察其特征（如河流花纹、台阶）。还将介绍准静态断裂的动力学过程。 疲劳失效：我们将详细讲解疲劳裂纹萌生阶段的微观机制，包括表面缺陷、滑移带的形核以及微观裂纹的形成。在疲劳裂纹扩展阶段，我们将分析裂纹尖端的塑性变形、应力集中以及疲劳辉纹的形成过程，并介绍宏观和微观疲劳裂纹扩展速率的影响因素。 蠕变失效：我们将从扩散蠕变、位错蠕变等微观机制出发，解释材料在高温和长期载荷下的时间依赖性变形。我们将讨论蠕变裂纹的萌生和扩展，特别是高温蠕变断裂的机理，如空洞成核与生长、晶界滑移等。 腐蚀失效：本部分将介绍各种腐蚀机理，如电化学腐蚀、化学腐蚀。我们将重点讲解应力腐蚀开裂（SCC）的发生条件、机理以及其对材料性能的严重影响。同时，还将介绍腐蚀疲劳，即腐蚀与疲劳共同作用下导致的加速失效。 为了更好地理解这些微观机制，本部分还将介绍相关的实验表征技术，如光学显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）以及能谱分析（EDS）等，用于观察断口形貌、裂纹形貌以及材料的微观结构。 第四部分：工程材料失效案例分析与预防 在掌握了材料的宏观力学行为和微观失效机制后，本部分将把理论知识应用于实际工程问题。我们将精选一系列典型的工程材料失效案例，涵盖航空航天、机械制造、土木工程、能源等领域。通过对这些案例的深入分析，我们将学习如何结合材料性能、载荷条件、制造工艺以及使用环境，对失效原因进行追溯和判定。 案例分析将遵循系统性的方法，包括： 1. 失效现象描述：详细记录失效件的外观、失效部位、失效形式等。 2. 失效原因调查：通过现场勘查、取样分析、力学性能测试、金相检验、断口分析等手段，收集证据。 3. 失效机理推断：基于收集到的证据，运用本部分前面章节学到的理论知识，推断失效发生的根本原因和主要的失效机理。 4. 预防措施建议：根据失效原因，提出针对性的预防措施，可能包括材料选择、设计优化、工艺改进、防护措施、定期检测等。 此外，本部分还将强调失效预防的重要性，并介绍几种主动的失效预防策略，例如： 材料设计与选型：强调根据工程需求选择具有最佳力学性能和环境适应性的材料。 结构设计优化：讲解如何通过合理的设计来减小应力集中，提高结构的整体可靠性。 制造工艺控制：强调严格的制造过程控制，避免引入不利于材料性能的缺陷。 无损检测技术：介绍各种无损检测技术（如超声波检测、X射线检测、涡流检测）在早期发现材料缺陷和裂纹方面的应用。 寿命预测与剩余寿命评估：介绍基于损伤累积模型和可靠性理论的寿命预测方法，以及如何评估结构的剩余使用寿命。 本书的最后，将对工程材料在使用过程中可能遇到的各种典型问题进行总结，并提出相应的解决方案，旨在为读者提供一套系统性的工程材料力学性能理解和失效分析的知识体系，帮助工程师们在实际工作中做出更明智的决策，确保工程的安全与可靠。

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与其他一些侧重于结构分析的力学教材相比，这本《材料力学教程》在微观层面的着墨非常到位。它没有满足于将材料视为一个均匀的弹性体，而是深入探讨了晶体结构、位错运动与宏观力学性能之间的内在联系。例如，书中对韧性断裂和脆性断裂的微观机制的解释，配以高质量的显微照片，极大地丰富了我对材料“为什么会坏”的认知。对于高年级学生或者有志于从事材料科学研究的读者来说，这种深层次的解析是无价的。此外，本书的参考文献列表非常详尽且权威，涵盖了经典著作和最新的研究文献，为我后续的深入学习提供了清晰的路径。这本书的难度梯度设置得非常智能，基础扎实的人可以快速浏览前几章，而对理论深度有要求的读者则可以沉浸在后面关于非线性弹性、蠕变和断裂力学的章节中，满足了不同层次读者的需求，实乃一本值得反复研读的经典教材。

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说实话，我拿到这本书的时候，心里其实是有点忐忑的，毕竟材料力学这门课的名声在外，总觉得会是啃不动的硬骨头。然而，这本书的编排思路却出奇地流畅自然，仿佛一位经验丰富的老教授在面对面地为你授课。最让我惊喜的是，它并没有把重点仅仅放在解析计算上，而是花了大量的篇幅去探讨材料的本构关系和失效模式。书中对胡克定律的适用范围、塑性变形的引入以及疲劳破坏的探讨，都写得深入浅出，充满了对工程实际的关怀。我尤其欣赏作者在每章节末尾设置的“工程启示”小节，它总能将枯燥的力学原理与现实世界中的桥梁、飞机、压力容器等实例联系起来，让人立刻明白这些公式的“价值”所在。这本书的语言风格是沉稳而富有启发性的，它不急于给出答案，而是引导你一步步去探索问题的本质，这种教学方法极大地激发了我的独立思考能力。对于想要真正理解力学精髓而非仅仅应付考试的人来说，这本书绝对是不可多得的良师益友。

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我是一个偏好动手实践的学生，对纯粹的数学推导常常感到乏味，但《材料力学教程》成功地抓住了我的兴趣点。它的章节顺序安排得非常符合工程思维的递进过程：从静力学基础出发，逐步过渡到材料本构，然后才是复杂的梁、柱和压力容器。我认为最精彩的部分是关于压杆稳定性的讨论，作者用生动的语言描述了欧拉公式的推导过程，并细致地分析了各种约束条件对临界载荷的影响。书中还穿插了一些历史故事，比如提到一些经典实验的发现过程，这使得原本冰冷的理论有了温度。另外，这本书的内容更新似乎紧跟时代步伐，它提到了现代复合材料的一些基础力学性能，虽然篇幅不多，但足以展现出作者与时俱进的视野。总而言之，这本书读起来毫不费力，它用一种非常“工程化”的视角重构了材料力学这门学科，让我感觉这不是在学习一门高深的理论，而是在学习一套解决实际问题的工具箱。

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这本《材料力学教程》简直是理论与实践结合的典范，简直让我这个初学者醍醐灌顶。书中的推导过程详略得当，既不像有些教科书那样过度简化导致理解困难，也不像另一些那样堆砌公式让人望而生畏。特别是对于应力、应变这些核心概念的阐述，作者似乎非常懂得初学者的思维定势，总能在关键点上用生动的比喻来加以解释。我印象最深的是关于扭转问题的那一章，作者引入了一个非常巧妙的类比，一下子就把抽象的切应力分布可视化了。而且，课后的习题设计也非常精妙，从基础的静力平衡到复杂的组合变形，层层递进，每做完一组习题，都感觉自己对材料内部受力状态的理解又深入了一层。这本书的图解部分也做得极为出色，那些精细的受力图和变形示意图，简直是工程思维的视觉化呈现，比单纯的文字描述要高效太多了。读完这本书，我感觉自己已经初步具备了分析常见机械构件在载荷作用下是否安全的判断能力，这对于我接下来的课程学习乃至未来的工程实践都是一个坚实的基础。

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这本书的纸张质量和装帧设计也值得一提，这在教材中并不常见。厚实的纸张拿在手里沉甸甸的，印刷清晰，即便是复杂的网格图和应力云图也细节毕现，长时间阅读也不会觉得眼睛疲劳。但是，更关键的是它对“误差分析”和“不确定性”的讨论，这一点很多教材都忽略了。作者非常坦诚地指出了理论模型在预测实际工程问题时的局限性，强调了材料性质的随机性和试验验证的重要性。这种严谨的科学态度贯穿全书，让我深刻体会到工程设计中的保守性和安全裕度的由来。比如，在讲到梁的挠度计算时，书中不仅给出了精确解，还对比了简化的近似解的误差范围，这种对比教育意义非凡。这本书更像是一本工具书和一本思想启蒙读物的结合体，它教会我的不仅仅是计算方法，更是一种对待工程问题的审慎态度。如果你对理论的“完美性”抱有怀疑，这本书会给你一个非常满意的哲学层面的解答。

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能量法部分和刘鸿文那版互相补充，值得看看，因为能量法本身很抽象，需要多读读不一样的教材

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