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出版者:Cambridge University Press

作者:Marc André Meyers

出品人:

页数:880

译者:

出版时间:2008-12-8

价格:USD 95.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780521866750

丛书系列:

图书标签:

• 材料科学
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材料力学行为 概述 《材料力学行为》一书深入探讨了材料在各种载荷和环境作用下的响应机制。本书旨在为工程师、研究人员和学生提供对材料宏观和微观力学性能的全面理解，为材料设计、选择和应用提供坚实的理论基础。本书内容涵盖了材料的弹性、塑性、蠕变、疲劳、断裂以及在极端温度和化学环境下的行为，并结合了先进的实验技术和数值模拟方法。 核心内容 第一部分：材料力学的基本原理 应力和应变分析： 本部分从张量分析的角度出发，详细介绍了三维应力状态和三维应变状态的描述。应力张量的定义、主应力、应力不变量以及莫尔圆在二维和三维应力分析中的应用进行了详尽阐述。同样，应变张量的定义、主应变、应变不变量以及应变与位移的关系也得到了详细的推导和讨论。重点强调了如何通过实验测量或数值模拟获得应力-应变关系，为后续的材料性能分析奠定基础。 本构关系： 本构关系是连接应力和应变的桥梁。本书重点介绍了线弹性、各向同性材料的胡克定律，并深入讨论了各向异性材料的广义胡克定律，包括其系数矩阵的简化条件。对于塑性行为，引入了屈服准则（如冯·米塞斯准则和特雷斯卡准则）和塑性流动法则（如关联流动法则和非关联流动法则），并详细阐述了如何处理应变硬化问题，通过应变硬化曲线描述材料的塑性变形能力。此外，还涉及了粘弹性材料的本构模型，如Maxwell模型、Kelvin-Voigt模型及其组合模型，解释了材料的时间依赖性行为。 能量原理： 能量原理是分析复杂力学问题的重要工具。本书介绍了虚功原理及其在静力学和动力学问题中的应用，特别是虚位移法和虚力法。拉格朗日方程和哈密顿方程在力学系统动力学分析中的作用也得到了阐述。弹性能量、塑性能量和耗散能量的概念被引入，并讨论了它们与材料变形和破坏的关系。卡斯蒂略-雷曼定理、莫尔-布列东定理等能量方法在结构稳定性分析和结构优化中的应用进行了探讨。 第二部分：材料的宏观力学行为 弹性行为： 本部分详细阐述了材料在弹性变形范围内的响应。重点介绍了杨氏模量、剪切模量和泊松比等弹性常数，以及它们之间的关系。介绍了不同形状试件（如拉伸试件、压缩试件、弯曲试件）的弹性力学分析方法，以及如何通过单轴拉伸试验来确定材料的弹性常数。同时，对梁的弯曲、扭转和柱的轴向受力等经典工程问题进行了深入分析，讲解了如何运用弹性理论解决实际工程问题。 塑性行为： 塑性变形是材料在超过屈服强度后发生的不可恢复变形。本书详细分析了单轴和多轴应力状态下的塑性屈服和强化机理。介绍了冷加工硬化、动态应变时效等塑性变形过程中的重要现象。讨论了材料在塑性变形过程中应力-应变曲线的变化规律，以及应变硬化指数对材料塑性行为的影响。对材料在塑性区间的形变能耗散和材料加工成形（如轧制、锻造、挤压）中的塑性行为进行了深入的分析。 蠕变行为： 蠕变是材料在恒定载荷和温度作用下随时间发生的缓慢变形。本书介绍了稳态蠕变、瞬态蠕变和加速蠕变等不同蠕变阶段的特征。讨论了影响蠕变速率的主要因素，如温度、应力、加载历史和材料微观结构。介绍了蠕变损伤累积模型，以及如何预测材料在长期服役条件下的蠕变寿命。对高温结构设计中的蠕变效应进行了详细的讨论，包括蠕变断裂判据和蠕变变形控制方法。 疲劳行为： 疲劳是材料在周期性载荷作用下产生的损伤累积，最终导致断裂的现象。本书详细介绍了S-N曲线（应力-寿命曲线）的概念，以及高周疲劳和低周疲劳的差异。讨论了疲劳裂纹的萌生、扩展和断裂等过程。介绍了影响疲劳寿命的关键因素，如应力幅、应力比、载荷谱、表面状态和环境因素。本书还阐述了疲劳寿命预测的各种方法，包括基于应力-应变方法、断裂力学方法以及损伤累积模型。 断裂行为： 断裂是材料在应力作用下发生分离的现象。本书介绍了不同断裂模式，如脆性断裂、韧性断裂和疲劳断裂。重点介绍了断裂力学的基本概念，如应力强度因子（K）、断裂韧性（KIC）和裂纹扩展阻力。本书详细阐述了如何应用断裂力学原理来评估材料的抗断裂能力，并预测结构在存在缺陷时的失效行为。对断裂韧性测试方法和断裂准则进行了详细介绍，包括基于J积分和CTOD（裂纹尖端张开位移）的方法。 第三部分：材料的微观力学行为与先进材料 位错理论与塑性变形： 本部分深入探讨了位错在材料塑性变形中的作用。位错的产生、运动和相互作用是材料发生塑性变形的根本原因。详细介绍了刃位错和螺位错的结构、滑移和攀移机制。讨论了位错塞积、墙形成以及位错湮灭等位错动力学过程。介绍了位错密度与材料强度之间的关系，以及位错理论在解释材料加工硬化和回复现象中的应用。 晶界、第二相粒子与力学性能： 晶界是晶粒之间的界面，对材料的力学性能有着显著影响。本书讨论了晶界在位错运动中的钉扎作用，以及晶界滑移在高温下的贡献。第二相粒子（如沉淀物、夹杂物）对材料强度的影响也得到了深入分析，包括颗粒强化机制（如Orowan强化、Hall-Petch效应）。讨论了第二相粒子与裂纹萌生和扩展的关系，以及如何通过控制第二相粒子的尺寸、形貌和分布来调控材料的力学性能。 复合材料的力学行为： 复合材料由两种或两种以上不同性质的材料组成，具有优异的比强度和比刚度。本书介绍了纤维增强复合材料和颗粒增强复合材料的结构特点。阐述了基于微力学模型（如混合律、等应变法、等应力法）预测复合材料宏观力学性能的方法。讨论了界面效应对复合材料力学行为的影响，以及纤维断裂、基体开裂和纤维-基体界面脱粘等失效模式。 先进功能材料的力学行为： 本部分关注具有特殊功能的先进材料。例如，形状记忆合金（SMA）的马氏体相变和回复机制，及其在自修复、驱动器等方面的应用。介绍了压电陶瓷和磁致伸缩材料在传感器、执行器中的力学耦合行为。对于智能材料，如自愈合材料，探讨了其损伤检测和修复机制。最后，对纳米材料（如碳纳米管、石墨烯）的独特力学性能及其在增强复合材料中的应用进行了初步介绍。 第四部分：实验技术与数值模拟 材料力学性能测试： 本部分介绍了各种关键的材料力学性能测试方法。包括拉伸试验、压缩试验、弯曲试验、扭转试验、硬度试验、冲击试验、疲劳试验和蠕变试验等。详细介绍了不同试验的标准、试样制备、加载方式和数据采集过程。同时，还介绍了非接触式测量技术，如散斑干涉法、数字图像相关法（DIC）在应变测量中的应用。 无损检测技术： 无损检测（NDT）技术在评估材料和结构的完整性方面至关重要。本书介绍了超声波检测、射线检测（X射线、γ射线）、涡流检测、磁粉检测和渗透检测等常用NDT方法。阐述了这些方法在检测材料内部缺陷、表面裂纹以及测量材料厚度等方面的原理和应用。 数值模拟方法： 数值模拟已成为研究材料力学行为的重要工具。本书重点介绍了有限元分析（FEA）的基本原理，包括网格划分、单元选择、插值函数和求解器。详细阐述了如何利用FEA对复杂结构的应力、应变、变形和失效进行预测。介绍了基于塑性、疲劳和断裂力学的本构模型在FEA中的实现。此外，还简要介绍了分子动力学（MD）和晶格格点动力学（LBM）等微观模拟方法在材料微观力学行为研究中的应用。 应用领域 本书内容广泛应用于航空航天、汽车工程、土木工程、机械工程、生物医学工程、能源工程以及电子工程等众多领域。无论是设计高强度轻质的飞机结构，还是开发耐高温的发动机部件，抑或是研究人造关节的生物力学性能，对材料力学行为的深刻理解都是不可或缺的。本书为工程师和研究人员提供了一套分析和解决材料相关问题的强大工具箱。 总结 《材料力学行为》一书不仅是一本教科书，更是一本研究手册，为读者提供了全面、深入、实用的知识体系。通过对材料宏观和微观力学行为的系统性阐述，结合先进的实验和计算方法，本书旨在帮助读者掌握材料力学行为的关键概念，理解材料的内在规律，从而在各自的领域内做出更明智的材料选择和设计决策，推动科技进步和产业发展。

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这本书的难度，怎么说呢，有点像攀登一座只有专业向导才能带你上去的山峰。我尝试了自学，但很快就发现，没有老师的指点或者同行间的讨论，很多概念的理解会停留在表面。例如，关于冲击韧性和脆性转变温度的测试方法，书里描述得非常详尽，但真正理解夏比冲击试验中的能量吸收机制与温度的非线性关系，需要大量的实践经验或者深入的课堂讨论来补充。这本书更像是一本“参考手册”和“深度教材”的混合体，它的信息量巨大到我常常需要对照其他辅助资料来确保自己没有误解某些特定的工程术语。对我来说，它更像是我的一个资深导师，虽然不苟言笑，但提供的每一个论断都准确可靠，让人充满敬畏。

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天呐，这本书的厚度简直可以当枕头用了！老实说，我一开始是带着一种敬畏的心情翻开它的，结果发现内容密度高得惊人，感觉每页都塞满了知识点，仿佛生怕你漏掉任何一个重要的细节。它不是那种让你轻松阅读的小说，更像是一部需要反复咀嚼、仔细消化的学术巨著。我特别喜欢作者在探讨晶体塑性变形那一块的处理方式，他没有简单地罗列现象，而是深入挖掘了位错运动的本质机制，甚至连位错的缠结和湮灭都讲得一丝不苟。对于那些追求理论深度、希望探究材料“为什么会这样变化”的读者来说，这本书简直是宝藏。当然，代价就是，我的咖啡消耗量直线上升，熬夜成了家常便饭。但每当看到那些复杂的三维应力状态图被清晰地剖析开来，我都会觉得这一切都值了。

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如果用一个词来形容这本书给我的感受，那就是“全面”。它涵盖的材料范围和力学现象之广，让人叹为观止。从基础的弹性理论到高级的塑性流动法则，再到热力学在材料变形中的作用，几乎没有遗漏。我最欣赏的是它在处理不同材料体系时的包容性，无论是金属、陶瓷还是聚合物，书中的基本原理都能找到相应的数学描述和物理基础。我记得在学习高分子材料的粘弹性行为时，发现这本书竟然用统一的力学语言来解释了时间-温度等效原理，这种跨领域的统一性处理，极大地拓宽了我的思维边界。读完它，你会感觉自己对“材料在受力时会发生什么”这个问题有了一个立体、多维度的理解，不再局限于单一的视角。

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坦白讲，这本书的排版和插图设计，只能用“朴实无华”来形容，完全没有现在很多新出版教材那种花里胡哨的色彩和动画效果。它完全依靠文字的力量和经典的图示来传递信息，这反而形成了一种独特的、沉稳的学术气质。阅读体验上，它要求读者必须具备扎实的数学和物理基础，否则很容易在复杂的张量分析和本构方程面前迷失方向。我个人认为，这本书最成功的一点在于，它建立了一个清晰的逻辑框架，将宏观的力学响应与微观的材料行为紧密地联系起来。它不是简单地告诉你“钢材会断”，而是详细解释了“在什么样的温度、应变速率和载荷路径下，钢材内部的晶界会如何重新排列，最终导致断裂”。对于希望构建完整知识体系的读者来说，这本书提供了一条清晰的、自洽的路径。

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这本书简直是材料科学领域的“圣经”！我花了整整一个学期才啃完，简直是身心俱疲，但收获绝对是巨大的。作者的叙述方式非常严谨，每一个公式的推导都详略得当，让人仿佛能亲手触摸到材料内部的微观结构。最让我印象深刻的是关于疲劳和蠕变的章节，那种对材料在长期应力下的“隐忍”和最终的“崩溃”描绘得入木三分。我记得有一次为了理解一个关于裂纹扩展的图表，我对着屏幕看了近两个小时，那种豁然开朗的感觉，简直比解开一个复杂的谜题还要令人兴奋。书中的案例分析也非常贴近工程实际，让我不再觉得这些理论只是纸上谈兵，而是真真切切地与我们日常接触的桥梁、飞机结构息息相关。如果你想成为一个真正懂得材料“脾气秉性”的工程师，这本书是绕不开的坎，但请务必准备好迎接一场智力上的马拉松。

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