Materials Selection in Mechanical Design pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Butterworth-Heinemann

作者:Ashby, Michael

出品人:

页数:624

译者:

出版时间:2005-2

价格:$ 97.12

装帧:Pap

isbn号码:9780750661683

丛书系列:

图书标签:

• 英国
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机械设计中的材料选择 本书深入探讨了在机械设计过程中进行材料选择的关键原则、方法与考量因素。从基础的材料科学知识出发，逐步深入到各种工程材料的性能、加工特性以及成本效益分析，旨在为工程师和设计师提供一套系统的、实用的材料选型指南。 第一部分：材料科学基础与性能表征 本部分首先回顾了材料科学的基本概念，包括原子结构、晶体结构、缺陷以及相变等，为理解材料宏观性能的微观根源奠定基础。随后，详细介绍了表征材料性能的关键指标，如强度（屈服强度、抗拉强度、疲劳强度）、刚度（弹性模量）、硬度、韧性（断裂韧性）、塑性、耐磨性、耐腐蚀性以及导热性、导电性等。我们将探讨这些性能指标的测试方法，以及它们如何受到材料成分、微观结构和热处理等因素的影响。 力学性能： 详细讲解了各种强度指标的定义、测量方法及其在设计中的意义。特别关注了疲劳强度，包括疲劳失效机理、S-N曲线的解读与应用，以及提高抗疲劳性能的途径。断裂韧性作为评估材料在存在缺陷时抵抗裂纹扩展能力的指标，将进行深入分析，并介绍其在安全设计中的重要性。 物理性能： 涵盖了与热、电、磁相关的性能，如热导率、热膨胀系数、比热容、密度、电导率、电阻率、介电常数、磁导率等。这些性能对于设计需要承受特定环境条件或具有特定功能的部件至关重要。 化学性能： 重点关注材料的耐腐蚀性，包括各种腐蚀机理（如均匀腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀开裂等）以及影响耐腐蚀性的因素。将介绍不同材料在各种腐蚀介质中的行为，以及提高耐腐蚀性的措施。 加工性能： 讨论了材料的可加工性，包括切削加工、塑性成形（如锻造、轧制、挤压、冲压）、焊接、铸造等工艺的适用性。材料的硬度、韧性、塑性以及热稳定性都会影响加工的难易程度、成本和最终产品的质量。 第二部分：常用工程材料及其应用 本部分将系统介绍各类主要的工程材料，并结合实际应用案例，分析其在机械设计中的优缺点及适用范围。 金属材料： 黑色金属（钢铁）： 深入探讨了各种碳钢、合金钢（如不锈钢、工具钢、轴承钢）、铸铁（如灰铸铁、球墨铸铁）的成分、性能特点、热处理工艺及典型应用。例如，高强度低合金钢在结构件中的应用，不锈钢在耐腐蚀环境下的优势，以及不同牌号的铸铁在铸造件中的选择。 有色金属及其合金： 详细介绍铝合金、铜合金（黄铜、青铜）、镁合金、钛合金、镍合金等。分析它们在轻量化、高强度、导电性、导热性、耐腐蚀性等方面的独特性，以及在航空航天、汽车、电子电器、医疗器械等领域的广泛应用。例如，铝合金在汽车车身和发动机部件中的应用，钛合金在航空发动机和生物植入物中的重要地位。 高分子材料（塑料与橡胶）： 介绍热塑性塑料（如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、ABS、尼龙等）和热固性塑料（如环氧树脂、酚醛树脂）的结构、性能特点、加工方法及应用。分析橡胶的弹性、耐磨性、耐老化性及其在密封件、减震件等方面的应用。重点关注工程塑料在替代金属方面的潜力，以及其在功能集成和成本控制方面的优势。 陶瓷材料： 探讨了氧化物陶瓷（如氧化铝、氧化锆）、氮化物陶瓷（如氮化硅、氮化铝）和碳化物陶瓷（如碳化硅、碳化钨）的硬度高、耐高温、耐磨、绝缘等特性，以及在高温部件、切削工具、电子封装等领域的应用。 复合材料： 介绍纤维增强复合材料（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的优势，包括高比强度、高比刚度、优异的抗疲劳性能和耐腐蚀性。分析其在航空航天、汽车、体育器材等领域的革命性应用。 第三部分：材料选择的策略与方法 本部分将聚焦于如何在实际设计中进行科学、经济的材料选择。 设计要求分析： 强调从产品的功能需求、工作环境、寿命要求、成本目标、法规标准等多个维度出发，全面分析设计对材料性能提出的具体要求。 材料性能数据库与检索： 介绍如何利用现有的材料性能数据库、标准规范和供应商信息，快速有效地获取和比较不同材料的性能数据。 性能-成本权衡： 讨论在满足性能要求的前提下，如何进行成本分析，选择最经济的材料方案。这包括材料成本、加工成本、装配成本、维护成本以及生命周期成本等。 加工与制造的可行性： 强调材料的选择必须与可用的制造工艺相匹配。评估材料的加工性能、焊接性、可成形性以及对模具和设备的要求。 环境因素与可持续性： 关注材料的环境影响，包括材料的可回收性、可再生性、生产过程中的能耗和排放。推广绿色设计理念，选择对环境友好的材料。 可靠性与安全性： 探讨材料选择在确保产品可靠性和安全性方面的重要性。分析潜在的失效模式，并选择能够抵抗这些失效的材料。 材料选择流程与案例分析： 提供一个系统性的材料选择流程，并结合多个不同行业的具体设计案例，演示如何应用本书介绍的原则和方法来解决实际的材料选择问题。例如，如何为汽车发动机部件选择合适的金属材料，如何为电子设备的外壳选择合适的塑料，如何为航空部件选择轻质高强的复合材料。 第四部分：前沿材料与未来趋势 本部分将简要介绍一些新兴的工程材料，如智能材料、纳米材料、生物基材料等，并展望未来材料科学在机械设计领域的发展趋势，如增材制造（3D打印）材料的创新、高性能轻质材料的进一步开发，以及材料设计与仿真技术的融合等。 通过本书的学习，读者将能够掌握一套完整的材料选择理论体系和实践技能，能够自信地在各种复杂的机械设计项目中，为产品的性能、可靠性、经济性和可持续性做出最优的材料决策。

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这本书的体量相当可观，但它的内容密度之高，让人甘愿投入时间去研读。这本书的叙事风格非常具有启发性，它不像一般的工程手册那样板着面孔，而是充满了对工程美学的追求。例如，作者在讨论不同模量的材料组合在层合结构中的应用时，不仅仅展示了数学模型，还配以精美的截面图，让你能清晰地“看见”应力是如何在不同材料层之间传递和分散的。对我个人而言，最大的收获在于它对于“材料疲劳寿命预测”的系统性梳理。书中将Miner准则、Coffin-Manson关系等不同尺度的疲劳模型进行了整合比较，并给出了在不同载荷类型下应优先采用哪个模型的建议。这对于处理动态载荷环境下的机械设计至关重要。总的来说，这本书的深度足以让博士生进行深入研究，同时其清晰的组织结构和详尽的实例又能让初级设计师迅速上手。它是一部真正意义上的“传世之作”，兼具学术的严谨性与工程的实践性。

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这是一本需要“啃”的书，但付出的每一分努力都得到了丰厚的回报。我花了整整一个周末的时间，才消化完关于“蠕变、疲劳与断裂力学”的章节。这本书的结构编排非常巧妙，它不是从基础的晶体结构讲起，而是直接切入到设计工程师最关心的问题——“这个部件在服役期间会如何失效？”这种自上而下的讲解方式，极大地提高了阅读的针对性。我尤其欣赏作者在处理复杂计算模型时的清晰度。例如，在解释如何利用泊松比和拉伸模量来预测结构变形时，书中给出的解析解和数值模拟结果对比分析，让我对有限元分析（FEA）的输入参数选择有了更深刻的理解。更别提它对“制造工艺对材料性能的影响”的论述了，焊接、铸造、热处理等工艺参数的微小变化如何导致最终产品性能的巨大差异，这些细节的捕捉，正是区分优秀工程师和普通工程师的关键所在。这本书的好处在于，它强迫你从“零件”的视角跳出来，去思考“系统”和“环境”对材料性能的耦合影响。

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老实说，我购买这本书是带着一丝怀疑的，因为市面上关于材料选择的书籍汗牛充栋，大多内容重复，深度不足。然而，这本书的广度和深度完全超出了我的预期。它最让我眼前一亮的是对“新兴材料”和“可持续性”的关注。在探讨传统金属材料的同时，作者花费了大量篇幅讲解先进复合材料（如碳纤维增强聚合物）在轻量化结构中的应用潜力与挑战。更重要的是，它并没有停留在介绍材料本身，而是深入探讨了“生命周期评估”（LCA）在材料选择中的重要性。这一点在当前全球强调绿色制造的大背景下显得尤为关键。我记得有一次，我们团队在为一个电动汽车的电池包设计散热结构时，传统的铝合金方案在重量上遇到了瓶颈，而这本书中关于特定陶瓷基复合材料导热性能的详细分析，提供了一个全新的思路。阅读体验上，虽然内容专业性极强，但作者的叙事节奏把握得非常好，像是经验丰富的老教授在循循善诱，而不是冷冰冰的公式堆砌。对于研究生或者需要进行前沿技术研发的工程师来说，这本书提供了宝贵的理论支撑和前沿视野。

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从一个纯粹偏爱结构设计而非材料学的角度来看，这本书成功地将材料科学的深奥理论转化为了实用的设计工具。我过去常常觉得材料选择就是查表，然后选个强度最高的就行了，这本书彻底颠覆了我的这种刻板印象。让我印象最为深刻的是其中关于“材料的长期可靠性评估”一章。作者详细阐述了如何通过加速老化试验来预测数十年服役期的材料性能衰减，这对于桥梁、核电站等需要超长使用寿命的结构设计至关重要。书中的图表设计非常直观，特别是那些描述材料性能随时间、温度、应力变化的相图和边界曲线，一眼就能看出设计空间的局限性。我特别赞赏作者在讨论腐蚀问题时的全面性，不仅仅是电化学腐蚀，还包括应力腐蚀开裂（SCC）和氢脆现象，并针对性地给出了相应的防护和材料替代方案。这本书的价值在于它的实用性，它不是在教你如何合成新材料，而是在教你如何在现有资源下，做出最安全、最经济、最可靠的材料决策。

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这本《Materials Selection in Mechanical Design》的书简直是机械设计领域的“圣经”！我刚翻开前几章，就被作者深入浅出的讲解方式深深吸引住了。特别是关于材料性能与应用场景的结合，写得极为透彻。举个例子，书中对不同合金钢在极端温度下的蠕变行为的分析，不仅仅是罗列数据，而是真正解释了微观结构如何影响宏观表现，让我这个在行业摸爬滚打多年的工程师都有茅塞顿开的感觉。书中大量引入的案例研究，比如航空发动机叶片材料的选择困境，以及如何权衡强度、韧性和疲劳寿命，简直就是教科书级别的范本。我特别欣赏它对于“设计约束”的讨论，作者强调选择材料从来不是一个孤立的决策，而是需要在成本、可制造性、环境影响等多重因素间寻找最优平衡点。读完这部分内容，我立刻反思了自己过去一些项目中的材料选择策略，发现自己过去过于依赖经验，而忽略了系统化的评估方法。这本书提供的不仅仅是知识，更是一种严谨的设计思维框架。它的插图和图表制作精良，数据翔实可靠，让人在阅读过程中始终保持高度的专注和求知欲。对于任何想要在机械设计领域建立坚实材料学基础的人来说，这本书都是不可或缺的指南。

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