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页数:304

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出版时间:2009-4

价格:34.00元

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isbn号码:9787115195623

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《工程材料学概论》 引言 材料是构成一切工程产品和系统的基石。从宏观的桥梁、飞机到微观的集成电路、生物医疗植入物，无一不依赖于特定性能的材料。工程材料学作为一门连接基础科学与工程应用的关键学科，旨在研究材料的结构、性能、加工工艺及其在工程中的应用。本书《工程材料学概论》旨在为读者提供一个全面且深入的工程材料学基础知识体系，帮助工程师、设计师以及对材料科学感兴趣的专业人士，理解材料的内在规律，掌握选择和应用合适材料的原则，从而优化设计、提升产品性能、降低成本，并推动技术创新。 本书内容涵盖了工程材料的分类、微观结构、力学性能、物理性能、化学性能以及热处理等关键领域，并通过丰富的实例，展示了材料学知识在各个工程领域的实际应用。我们力求在内容的深度和广度上达到平衡，既能为初学者建立扎实的理论基础，又能为有一定基础的读者提供进阶的知识点。 第一部分：材料的微观结构与性能 第一章：晶体结构与缺陷 材料的宏观性能与其微观结构息息相关。本章将深入探讨金属、陶瓷和高分子材料的晶体结构，包括体心立方（BCC）、面心立方（FCC）和密排六方（HCP）等基本晶格类型。我们将解析晶体结构如何影响材料的密度、堆积因子以及对塑性变形的敏感性。 除了理想的晶体结构，材料中普遍存在的晶体缺陷也是影响其性能的关键因素。本章将详细介绍点缺陷（空位、置换原子、填隙原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界、层错、孪晶界）的种类、形成机制及其对材料强度的影响。理解位错的滑移和 the climb 机制，是掌握金属塑性变形和强化机理的基础。 第二章：材料的力学性能 力学性能是工程材料最基本也是最重要的性能之一。本章将系统介绍材料的主要力学性能指标，包括： 强度 (Strength)： 屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗剪强度等。我们将深入分析这些指标的物理意义，以及它们与材料微观结构和缺陷的关系。 塑性 (Ductility)： 伸长率、断面收缩率等。我们将探讨塑性变形的机制，以及影响材料塑性的因素，如晶粒尺寸、杂质含量和温度。 韧性 (Toughness)： 材料在断裂前吸收能量的能力。本章将重点介绍韧性测试方法，如夏比（Charpy）冲击试验，并分析脆性断裂和韧性断裂的机理，以及韧性与脆性转变温度的概念。 硬度 (Hardness)： 材料抵抗表面压痕或划伤的能力。我们将介绍洛氏（Rockwell）、布氏（Brinell）和维氏（Vickers）等常见的硬度测试方法，并阐述硬度与材料强度之间的相关性。 疲劳 (Fatigue)： 材料在重复应力作用下发生断裂的现象。本章将详细讲解疲劳破坏的机理，包括疲劳裂纹的萌生、扩展和最终断裂过程，以及影响疲劳寿命的因素，如应力幅、应力比、表面状态和环境因素。 蠕变 (Creep)： 材料在恒定载荷和高温下随时间缓慢变形的现象。我们将分析蠕变曲线的特点，并介绍蠕变对高温工程结构设计的重要性。 第三章：材料的物理性能 除了力学性能，材料的物理性能在许多工程应用中也至关重要。本章将重点探讨以下几个方面的物理性能： 导电性 (Electrical Conductivity)： 介绍金属、半导体和绝缘体的导电机制，以及影响导电性的因素，如温度、杂质和晶体结构。重点分析铜、铝、银等常见导电材料的特性。 导热性 (Thermal Conductivity)： 解释热传导的基本原理，并介绍不同材料的导热系数。我们将讨论高导热材料（如铜、铝）和低导热材料（如陶瓷、高分子）的应用，以及热导率与晶体结构、缺陷和温度的关系。 热膨胀性 (Thermal Expansion)： 介绍线膨胀系数和体膨胀系数，以及热膨胀对工程设计的影响。我们将讨论如何通过材料选择或结构设计来减小热膨胀带来的应力。 磁性 (Magnetic Properties)： 分类介绍顺磁性、抗磁性、铁磁性材料，并讲解磁畴、磁滞回线等概念。我们将探讨磁性材料在电机、传感器等领域的应用。 光学性能 (Optical Properties)： 探讨材料的透明性、反射性、折射率等光学特性，以及它们在光学器件、显示器等领域的应用。 第四章：材料的化学性能 材料的化学性能决定了其在特定环境中的稳定性和耐久性。本章将深入研究： 腐蚀 (Corrosion)： 介绍电化学腐蚀、化学腐蚀等常见的腐蚀机理。我们将重点分析金属在不同介质中的腐蚀行为，并介绍常用的防腐蚀措施，如表面处理、涂层和合金化。 氧化 (Oxidation)： 探讨材料在高温或特定气氛中的氧化行为，以及氧化膜的形成对材料性能的影响。我们将讨论耐高温氧化材料的应用。 化学稳定性 (Chemical Stability)： 介绍材料在酸、碱、有机溶剂等化学介质中的稳定性，以及它们在化学工业和生物医学领域的应用。 第二部分：工程材料的分类与应用 第五章：金属材料 金属及其合金是工程应用最广泛的材料类别。本章将详细介绍： 黑色金属 (Ferrous Metals)： 钢铁 (Steel)： 碳钢、合金钢、不锈钢等。我们将深入分析不同种类钢铁的成分、组织和性能，以及它们在建筑、机械制造、汽车等行业的应用。重点讲解热处理对钢铁性能的调控作用。 铸铁 (Cast Iron)： 灰口铸铁、球墨铸铁、白口铸铁等。介绍铸铁的特点、性能及应用。 有色金属 (Non-ferrous Metals)： 铝合金 (Aluminum Alloys)： 介绍铝及其合金的优良性能（轻质、耐腐蚀、导电导热性好），以及它们在航空航天、汽车、包装等领域的应用。 铜合金 (Copper Alloys)： 黄铜、青铜等。介绍铜合金的导电导热性、耐腐蚀性，以及它们在电气、管道、装饰等领域的应用。 钛合金 (Titanium Alloys)： 讲解钛合金的高强度、轻质、优异的耐腐蚀性和生物相容性，以及它们在航空航天、医疗器械等领域的关键作用。 镁合金 (Magnesium Alloys)： 介绍镁合金的超轻质特性，以及其在汽车轻量化、3C产品等领域的应用潜力。 第六章：陶瓷材料 陶瓷材料以其高硬度、耐高温、耐腐蚀等特性，在许多特殊领域发挥着不可替代的作用。本章将介绍： 传统陶瓷 (Traditional Ceramics)： 氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化硅等。分析其晶体结构、烧结过程和性能特点，以及它们在耐火材料、电子器件、刀具等领域的应用。 先进陶瓷 (Advanced Ceramics)： 结构陶瓷、功能陶瓷（如压电陶瓷、介电陶瓷、铁电陶瓷）等。介绍功能陶瓷的电、磁、热、光等特性的调控，以及它们在传感器、执行器、电子元件等方面的应用。 玻璃 (Glass)： 介绍玻璃的非晶态结构，以及不同组分玻璃的性能特点，如普通玻璃、钢化玻璃、光学玻璃等。 第七章：高分子材料 高分子材料因其易加工、性能多样、成本低等优点，在现代社会中扮演着越来越重要的角色。本章将： 分类 (Classification)： 介绍热塑性高分子（如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯）和热固性高分子（如酚醛树脂、环氧树脂）的区别与特性。 结构与性能 (Structure and Properties)： 探讨高分子链的结构、分子量、结晶度、交联度等因素如何影响其力学性能、热性能和化学性能。 应用 (Applications)： 涵盖塑料、橡胶、纤维、涂料、粘合剂等高分子材料在包装、纺织、汽车、建筑、电子等领域的广泛应用。 第八章：复合材料 复合材料是将两种或两种以上不同性质的材料（基体材料和增强材料）复合而成，以获得单一材料无法达到的优异性能。本章将： 分类 (Classification)： 介绍纤维增强复合材料（如碳纤维增强聚合物、玻璃纤维增强聚合物）、颗粒增强复合材料、层状复合材料等。 性能特点 (Performance Characteristics)： 分析复合材料的高比强度、高比刚度、优异的耐腐蚀性、可设计性等特点。 应用 (Applications)： 重点阐述复合材料在航空航天、汽车、风力发电、体育器材等领域的关键应用。 第三部分：材料的加工与应用 第九章：材料的热处理 热处理是改变金属材料显微组织，从而获得所需性能的重要手段。本章将详细讲解： 退火 (Annealing)： 介绍退火的目的（软化、消除内应力、细化晶粒）、工艺和类型（退火、再结晶退火、完全退火、等温退火）。 正火 (Normalizing)： 讲解正火的目的、工艺和特点，以及它对提高钢的强度和韧性的作用。 淬火 (Quenching)： 详细分析淬火的目的、冷却介质（水、油、盐浴）、淬火组织（马氏体）及其性能。 回火 (Tempering)： 讲解回火的目的（降低脆性、提高韧性）、温度和回火组织，以及淬火-回火工艺的组合应用。 其他热处理工艺： 渗碳、氮化、调质等。 第十章：材料的连接与成形 工程结构往往需要将不同材料或部件连接起来，并经过一定的加工成形。本章将： 焊接 (Welding)： 介绍电弧焊、电阻焊、气焊等常见焊接方法，以及焊接过程中的冶金反应和焊接缺陷。 钎焊与胶接 (Brazing and Adhesion)： 讲解钎焊和胶接的原理、特点及应用。 金属成形工艺 (Metal Forming Processes)： 锻造、轧制、挤压、拉伸等。介绍这些工艺如何通过塑性变形来获得所需形状和性能。 铸造工艺 (Casting Processes)： 砂型铸造、金属型铸造、压力铸造等。讲解铸造过程中金属的熔化、流动和凝固过程。 第十一章：材料的失效分析 理解材料为何会失效，对于预防事故、提高产品可靠性至关重要。本章将： 失效模式 (Failure Modes)： 介绍过载断裂、疲劳断裂、应力腐蚀开裂、磨损、蠕变等主要的失效模式。 断口分析 (Fracture Surface Analysis)： 讲解如何通过宏观和微观断口形貌来判断材料的失效原因。 失效预防 (Failure Prevention)： 结合失效分析结果，提出针对性的材料选择、设计改进、加工控制和使用维护建议。 结论 《工程材料学概论》致力于为读者构建一个完整、系统的工程材料知识框架。通过对材料微观结构、宏观性能、分类特点、加工方法以及失效机制的深入探讨，我们希望读者能够掌握材料科学与工程的核心原理，从而在实际工程设计与应用中做出更明智的决策。本书内容丰富，条理清晰，力求成为读者在工程材料领域的良师益友。

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坦白讲，在阅读《机械设计基础》之前，我对“设计安全裕度”这个概念一直停留在“乘以一个系数”的肤浅理解上。这本书彻底颠覆了我的认知。它用了整整一章的篇幅来详细阐述如何基于失效模式与影响分析（FMEA）来量化设计风险，并提出了“容错设计”的理念。作者并没有止步于理论推演，而是展示了如何通过软件仿真（虽然没有具体软件操作，但其理论基础是清晰的）来模拟不同环境载荷下的疲劳曲线，从而确定出最优的设计参数组合，而非盲目地过度设计。最让我印象深刻的是，书中对材料选择的讨论，不再是简单地对比抗拉强度，而是结合了环境腐蚀、温度敏感性和成本效益进行多目标优化，这体现了作者深厚的工程实践经验。这本书的价值在于，它不仅仅教授了“如何设计”，更重要的是教会了读者“如何以一种科学、经济且负责任的态度去设计”。它提供的是一套完整的决策框架，而非一套死板的公式集，这对任何希望在工程领域有所建树的人来说，都是无价之宝。

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我对这本书的评价，可以从它在“跨学科知识融合”方面的能力来谈。很多机械设计书籍，往往将力学、材料、制造工艺割裂开来独立讲解，读者很难建立起一个整体的概念。然而，这本书却成功地打破了这种壁垒。例如，在讲解轴承选型时，它会立即关联到周围的安装精度要求，并详细说明不同加工方法（如磨削与铣削）对轴承寿命的实际影响，这种紧密的联系是其他书籍所欠缺的。另外，作者在介绍流体力学与传动系统结合时，对液压和气动系统的响应速度分析得非常到位，甚至用到了控制论的基本思想来描述系统的稳定裕度。这让我深刻体会到，现代机械设计早已不再是孤立的“画图和计算”，而是一门高度综合的系统工程。通过这本书，我不仅巩固了核心的机械原理，更重要的是，培养了一种“系统集成”的视角，这种收获是无法用简单的知识点数量来衡量的，它提升的是一种解决复杂工程问题的底层能力。

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说实话，当我拿到这本《机械设计基础》时，内心是充满期待又略带疑虑的。期待是因为听闻此书在行业内颇受推崇，疑虑则是因为“基础”二字往往意味着内容的浅尝辄止。然而，翻开深入阅读后，我发现我的担心完全是多余的。这本书的深度远超我的想象，尤其是它对“可靠性设计”这一前沿课题的处理，简直是教科书级别的典范。它没有停留在传统的安全系数计算上，而是详细剖析了概率论在机械寿命预测中的应用，甚至还引入了贝叶斯推理来修正设计参数，这一点在很多同类书籍中是看不到的。书中对于公差配合和几何尺寸标注的讲解，更是细致入微，不仅展示了标准的图例，还结合了实际的加工误差案例进行分析，让我对“图纸即语言”有了更深层次的理解。我甚至在一些关于润滑理论的章节中，找到了关于新型纳米润滑剂的初步探讨，这表明编著者紧跟时代步伐，确保了知识的时效性。总而言之，这是一本内容充实、视野开阔的著作，它提供的不仅仅是知识点，更是一种面向未来的工程思维。

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这本书的排版和字体选择，简直是为长期阅读而生的最佳组合。市面上很多技术书籍，为了节省篇幅或者追求某种“复古”感，常常使用过小的字号或者拥挤的行距，读上几页眼睛就开始干涩。但《机械设计基础》在这方面做得极为出色，行距适中，关键术语和公式都用加粗或斜体做了清晰的区分，使得阅读体验非常流畅舒适。我特别喜欢作者在介绍经典机械原理时，会穿插一些历史上的经典发明案例，比如早期的蒸汽机曲柄摇杆机构是如何一步步演化成现代伺服机构的。这种叙事手法，极大地增强了阅读的趣味性，让那些原本枯燥的理论变得鲜活起来，仿佛能触摸到工业革命的脉搏。此外，书中附带的习题设计也相当巧妙，它很少出现那种纯粹套公式的题目，更多的都是要求结合实际工况进行分析和判断的开放性问题，迫使读者必须调动起全局观去思考，而不是孤立地看待每一个知识点。可以说，这本书在“阅读体验优化”上，做到了极致。

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这本《机械设计基础》的封面设计，初看之下，确实给人一种沉稳扎实的感觉。装帧的纸张略带哑光质感，没有那种浮夸的亮面反光，显得很专业。我特意翻阅了几页，感觉作者在基础概念的阐述上，下了不少功夫。比如，对于材料力学中的应力集中问题，书中不仅给出了标准的公式推导，还配上了好几张清晰的有限元分析示意图，这对于我们这些初学者来说，无疑是极大的帮助。我特别欣赏它在引入新的设计规范时，总是会附带一个历史背景的简短说明，让你明白为什么现在的标准是这个样子，而不是简单地扔给你一堆条文。更别提那些关于机构运动分析的章节，图文并茂，那些复杂的齿轮传动系统，被分解成了若干个可以独立理解的小模块，即便是第一次接触到这些复杂机械原理的人，也能循着作者的思路，一步步建立起自己的知识框架。整体而言，这本书的结构非常严谨，逻辑链条清晰得几乎让人找不到可以挑剔的地方，让人感觉这不是一本教科书，更像是一位经验丰富的老工程师坐在你身边，耐心指导你如何正确理解机械世界的底层逻辑。

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