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出版者:上海大学出版社

作者:马杭

出品人:

页数:173

译者:

出版时间:2006-7

价格:20.50元

装帧:简裝本

isbn号码:9787810589871

丛书系列:

图书标签:

• 工程力学
• 力学实验
• 实验教学
• 工程教育
• 材料力学
• 结构力学
• 实验数据处理
• 误差分析
• 工程测量
• 力学原理

《材料科学基础与应用》 这本书深入探讨了材料的微观结构、性能以及它们在不同工程领域中的实际应用。全书共分为五个部分，逻辑清晰，由浅入深，旨在为读者建立扎实的材料科学知识体系。 第一部分：材料的微观世界——原子、晶体与缺陷 本部分将带领读者进入材料的微观层面，揭示物质构成最基本的单元。首先，我们会从原子结构入手，介绍原子核、电子的排布以及化学键的类型，包括离子键、共价键、金属键和范德华力，并解释它们如何决定材料的基本属性。接着，我们将重点阐述晶体结构，详细介绍常见的晶格类型，如体心立方（BCC）、面心立方（FCC）和六方密排（HCP），以及它们的原子堆积密度和各项异性。同时，我们会探讨非晶态材料（如玻璃）的结构特点，并对比晶体与非晶态材料在性能上的差异。 更重要的是，本部分将深入剖析材料中的晶体缺陷，包括点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界、畴界）。我们将详细讲解这些缺陷的形成机制、种类及其对材料宏观性能（如强度、韧性、塑性）的显著影响。例如，位错的运动被认为是金属材料塑性变形的主要原因，而晶界的分布则会影响材料的晶粒尺寸和强度。最后，本部分还将简要介绍晶体生长过程中的基本原理，为理解材料的制备奠定基础。 第二部分：材料的宏观性能——力学、热学与电学特性 在理解了材料的微观结构后，本部分将聚焦于材料的宏观性能，以及这些性能如何由微观结构所决定。我们将详细阐述材料的力学性能，包括弹性、塑性、强度、硬度、韧性、疲劳和蠕变。通过典型的应力-应变曲线，我们将解释弹性模量、屈服强度、抗拉强度和断裂伸长率等关键参数的含义，并介绍不同材料（如金属、陶瓷、聚合物、复合材料）在这些力学性能上的典型表现。同时，我们将讨论影响这些性能的因素，如温度、加载速率和环境条件。 在热学性能方面，我们将介绍材料的比热容、热导率和热膨胀系数，并解释它们在热传递和热应力产生中的作用。例如，高热导率材料在散热应用中至关重要，而低热膨胀系数材料则适用于温差变化大的场合。 电学性能部分，我们将区分导体、半导体和绝缘体，介绍电阻率、电导率、介电常数和半导体掺杂等基本概念。我们将探讨不同材料的导电机制，以及它们在电子器件、电线电缆和绝缘材料等领域的应用。此外，我们还会简要介绍磁学性能，如铁磁性、顺磁性和抗磁性，以及它们在电磁设备中的作用。 第三部分：金属材料——从冶炼到应用 金属材料因其优异的力学性能和易加工性，在工程领域占据着核心地位。本部分将系统介绍金属材料的冶炼、加工和性能。我们将首先概述钢铁的冶炼过程，包括高炉炼铁和转炉炼钢，以及合金元素（如碳、铬、镍、钼）对钢的性能的影响。我们将详细介绍不同种类的钢（如碳钢、合金钢、不锈钢、工具钢）及其特定的应用场合。 除了钢铁，我们还将探讨其他重要的有色金属及其合金，如铝合金、铜合金、钛合金和镁合金。我们将分析这些合金的成分、微观结构和性能特点，以及它们在航空航天、汽车制造、电子产品和医疗器械等领域的广泛应用。 在加工方面，我们将介绍金属的成形工艺，如铸造、锻造、轧制、挤压和焊接。我们将解释这些工艺如何通过改变材料的微观结构和形状来获得所需的性能。同时，我们还将讨论热处理技术，如退火、正火、淬火和回火，阐述它们如何通过控制相变和细化晶粒来改善金属的强度、硬度和韧性。 第四部分：非金属材料——陶瓷、聚合物与复合材料 本部分将拓展视野，关注非金属材料在现代工程中的重要作用。我们将深入研究陶瓷材料，包括氧化物陶瓷（如氧化铝、氧化锆）、碳化物陶瓷（如碳化硅）和氮化物陶瓷（如氮化硅）。我们将讨论陶瓷的晶体结构、高硬度、耐高温性和耐腐蚀性，以及它们在航空航天、电子封装、刀具和生物医学领域的应用。同时，我们也将指出陶瓷材料固有的脆性及其应对策略。 聚合物材料，也就是我们常说的塑料和橡胶，将是本部分的另一重点。我们将介绍聚合物的分子结构、聚合反应以及不同类型的聚合物（如热塑性塑料、热固性塑料、弹性体）。我们将阐述聚合物的低密度、优异的绝缘性、耐腐蚀性和可加工性，以及它们在包装、建筑、纺织和汽车工业中的广泛应用。我们还将讨论聚合物的力学性能与分子链结构、交联度和温度的关系。 最后，本部分将重点介绍复合材料，特别是纤维增强复合材料（如碳纤维增强聚合物（CFRP）、玻璃纤维增强聚合物（GFRP））和颗粒增强复合材料。我们将解释复合材料如何通过结合两种或多种不同材料的优点，实现比单一材料更优异的综合性能，如高比强度、高比模量和良好的设计自由度。我们将讨论复合材料的制造工艺、界面问题以及它们在航空航天、体育用品和汽车轻量化等领域的关键作用。 第五部分：材料的选择与应用——工程设计中的考量 作为全书的总结和升华，本部分将引导读者将所学知识应用于实际的工程设计中。我们将系统地阐述材料选择的基本原则，包括根据设计要求（如载荷、环境、成本、寿命）来确定所需的材料性能。我们将介绍常用的材料性能数据库和评价工具，帮助读者进行有效的材料比较和筛选。 本部分还将探讨材料的失效分析，包括过载失效、疲劳失效、蠕变失效、腐蚀失效和磨损失效等。我们将通过案例研究，分析不同失效模式的发生机理，以及如何通过改进材料设计、加工工艺和使用条件来避免失效。 最后，我们将展望材料科学的未来发展趋势，例如纳米材料、智能材料、生物材料以及可持续材料等。我们将讨论这些新兴材料在解决人类面临的挑战（如能源、环境和健康）方面的巨大潜力。 《材料科学基础与应用》通过系统性的讲解，力求为读者提供一个全面而深入的材料科学知识框架，帮助读者理解材料的本质，掌握材料的选择和应用技能，从而在未来的工程实践中做出明智的决策。

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这本书的习题设置，尤其是那些需要综合运用多个章节知识的综合题部分，暴露出了一个致命的缺陷：缺乏对实际工程背景的深度挖掘和情境化设计。很多习题看起来像是对某个理论公式的简单套用练习，即使改变了数值，其背后的物理场景也高度雷同，缺乏创新性和挑战性。例如，关于梁的弯曲和挠度计算，几乎所有的题目都集中在简支梁或悬臂梁上，很少涉及那些在实际桥梁或建筑中常见的连续梁、框架结构或带孔洞的复杂截面。这种刻意的简化，虽然降低了计算的复杂性，但却削弱了读者将理论知识应用于解决实际工程问题的能力。当你在真实的工作场景中面对一个不规则的受力构件时，这本书里学到的方法似乎都需要进行大量的“翻译”和“调整”才能勉强适用。我真正需要的是那种能让我思考“为什么这样设计”而非“如何计算这个设计”的题目，引导我去权衡各种约束条件下的最优解，而不是仅仅停留在数学运算的层面。这本书在培养“工程师的思维”方面，显得力不从心。

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深入阅读后，我发现这本书在处理“材料本构关系”这一关键环节时，存在着明显的滞后性和选择性。在讲解胡克定律和弹性阶段时，内容相对详尽，但一旦涉及到塑性变形或者粘弹性行为时，处理方式就变得极其草率和概括化。例如，在介绍莫尔-库仑破坏准则和德斯卡斯准则时，几乎是并列出现，但两者适用的材料和应力状态的边界条件却阐述得模糊不清。这对于一个希望未来从事材料选择或结构设计工作的学生来说，是非常危险的。因为在实际工程中，我们很少能完全停留在弹性阶段，了解材料在极限状态下的行为是至关重要的。书中似乎停留在上世纪中叶的主流经典理论上，对于近年来新兴的复合材料的本构模型，或者非线性有限元分析的基础假设，几乎是只字未提，这使得这本书的适用性和前瞻性大打折扣。我更希望看到的是一个更全面的知识体系，即使不能深入探讨所有内容，至少也要指出当前研究的前沿方向，让读者对力学理论的广度和深度有一个正确的认识，而不是仅仅停留在静力平衡和线弹性分析的舒适区内。

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我对这本教材的“实验”二字表示深深的困惑，因为内容中呈现的“实验”更像是对理论的简单验证，而不是一次真正的工程探索过程。书中对于实验步骤的描述，简直可以用“敷衍了事”来形容。每一个实验——无论是材料的拉伸试验还是扭转试验——都被简化成了一系列教科书式的操作指令，仿佛只要严格按照步骤做，结果就必然会符合理论预期一样。然而，实际操作中，误差的来源是多方面的，比如仪器的精度、试样的制备误差、环境温度的影响等等，这些在书中完全没有被提及，更不用说如何去量化和分析这些误差了。我期待的是能看到一些关于“如何设计一个更合理的实验方案”的讨论，或者至少是对常见实验陷阱的预警。比如，在进行疲劳试验时，试样的表面粗糙度对寿命的影响是至关重要的，但书中只是简单地提了一句“使用光滑试样”，然后就匆匆带过了。这种对实验细节的忽略，让这部分内容显得非常单薄和不切实际。对于一个想要真正理解力学行为的读者来说，这种纸上谈兵式的“实验记录”，远不如看一个精心制作的、展现真实破坏过程的视频来得有启发性。这本书似乎更侧重于“证明你学对了理论”，而不是“教你如何用实验面对真实世界的复杂性”。

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这本书的排版和图示设计，简直是上个世纪的产物，让人在阅读过程中感到一种强烈的视觉疲劳。线条的粗细不一，标注的位置经常重叠，尤其是在复杂的受力分析图上，那些箭头和向量符号挤在一起，看得人眼花缭乱。更别提那些三维结构的示意图了，很多都是用非常简单的二维投影来表示的，缺乏必要的透视和剖面处理，导致我经常需要反复对照文字说明，才能搞清楚某个受力点到底是在结构的哪个位置。这极大地拖慢了我的学习进度，因为我不得不花费大量时间去“解码”图纸，而不是去理解背后的物理意义。举个例子，关于薄壁结构应力分布的图解，如果能用颜色深浅或者等值线的方式来直观地展示应力梯度，效果会好得多，但这本书里，它只是用了一堆密密麻麻的黑线来表示，完全丧失了直观性。这种低效的视觉传达方式，对于本来就抽象的力学概念来说，无疑是雪上加霜。我真的希望出版方能对这本书进行一次彻底的现代化升级，引入清晰的CAD绘图标准和更现代的印刷技术，让读者能够轻松地“看懂”结构，而不是费力地“猜测”结构。

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这本号称是“工程力学”的入门读物，拿到手的时候，我其实是抱着挺高的期望的，毕竟这门课在我的专业里地位举足轻重。然而，读完前几章后，我不得不说，体验感直线下降。首先，书中的理论推导部分，感觉像是在跟一群已经掌握了微积分和线性代数的大神对话，很多中间步骤被生生地跳过去了，留下了一堆公式等着读者自己去“填空”。对于我们这种刚接触这个领域的新手来说，这简直是灾难性的。举个例子，关于应力张量的旋转变换那一节，作者似乎默认读者已经熟练掌握了张量分析的基础，直接抛出了最终的结果，让我花了整整一个下午的时间，对照着别的参考书才勉强把那些矩阵的乘法和意义搞明白。这种叙述方式，与其说是教学，不如说是对知识点的罗列和速查。更让人头疼的是，例题的选择。那些例题要么过于理想化，完全脱离了实际工程中的复杂情况，要么就是难度设置得极其跳跃，前一题还是简单的拉伸压缩，后一题就直接跳到了三维空间中的复杂受力分析，中间缺乏必要的过渡和铺垫。读完感觉自己像是在走钢丝，稍有不慎就会跌入知识的深渊，完全没有那种循序渐进的学习乐趣和成就感。这本书更像是一本给已经有扎实基础的人复习用的手册，而不是一本引导初学者入门的教材。我需要的是那种能把冰冷的公式转化为生动图像和实际案例的引导，而不是这种冷峻的、缺乏温度的知识灌输。

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