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出版者:

作者:傅贵兴 编

出品人:

页数:150

译者:

出版时间:2009-3

价格:18.00元

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isbn号码:9787564302054

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跨越藩篱：现代工程学中的材料科学与结构力学精要 作者： 张伟 教授，李明 工程师 出版社： 科技前沿出版社 出版日期： 2023年10月 ISBN： 978-7-5789-1234-5 --- 内容提要 本书深入探讨了现代工程设计与制造领域中至关重要的两个基石——材料科学和结构力学。在当今高精度、高性能、极端工况的应用需求下，理解材料的微观结构如何决定宏观性能，以及如何精确预测和优化复杂结构在载荷作用下的响应，已成为所有工程专业人才的必备素养。本书旨在为高等院校工科专业的学生、科研人员以及致力于技术创新的工程师提供一本兼具理论深度与工程实用性的参考读物。 我们摒弃了传统教材中过分强调基础电路元件和简单器件的叙述方式，将焦点完全集中在物质的内在属性和力的作用规律之上。全书分为上下两大部分，共十五章，内容涵盖了从原子尺度下的晶体结构到宏观尺度下的疲劳断裂分析，以及复杂受力系统下的有限元建模基础。 --- 第一部分：先进材料的本征行为与应用（约750字） 本部分聚焦于材料的物理化学基础、性能表征及其在尖端技术中的应用，旨在建立一套完整的材料思维体系。 第一章：晶体结构与缺陷工程 本章从原子排列的几何学角度切入，详细阐述了金属、陶瓷和聚合物的晶体学基础。重点讲解了体心立方（BCC）、面心立方（FCC）和六方最密堆积（HCP）结构的形成机制及其对材料力学性能（如延展性、硬度）的初始影响。更重要的是，我们引入了材料科学中的核心概念——晶体缺陷。从点缺陷（空位、间隙原子）到线缺陷（位错）和面缺陷（晶界），分析了位错运动在塑性变形中的决定性作用。通过对Hall-Petch效应的深入剖析，展示了如何通过控制晶粒尺寸来实现材料性能的调控，这对于开发高强度钢和纳米晶材料至关重要。 第二章：热力学驱动的相变与动力学控制 本章转向材料的“演化”过程。我们首先回顾了Gibbs自由能和相图的基本原理，重点分析了固态下的扩散机制（Fick定律）及其在热处理过程中的意义。随后，深入探讨了关键的相变过程，包括共晶、共析转变、马氏体相变等。特别关注了时间-温度-转变（TTT）图和冷却转变（CCT）图在实际热处理工艺（如淬火、回火）设计中的应用，解释了为什么看似简单的加热和冷却过程能彻底改变钢材的微观组织和最终强度。 第三章：金属材料的力学响应与本构关系 本章是连接微观结构与宏观力学的桥梁。详细介绍了拉伸、压缩、剪切和扭转等基本试验方法及其测试标准。重点剖析了工程应力-应变曲线的各个阶段，包括弹性模量、屈服强度、极限拉伸强度和韧性指标。随后，引入了先进的材料本构模型，如双线性强化模型和随动强化模型，为后续的结构分析提供精确的本构描述。 第四章：先进功能材料的电化学与介电特性 本部分材料科学的视角扩展到非结构应用。我们系统介绍了半导体材料的能带理论及其掺杂机制，解释了PN结的形成和基本运算原理，这对微电子器件的理解至关重要。在介电材料方面，深入分析了铁电、压电现象的物理本质，探讨了如何利用这些材料在传感器、执行器和储能设备中的应用潜力，例如在超声换能器和智能阻尼系统中的集成方案。 第五章：复合材料的界面行为与性能增强 复合材料是实现“材料基因”设计目标的关键途径。本章侧重于纤维增强复合材料（如碳纤维增强环氧树脂）的力学建模。详细讲解了混合率（如逆恒应变法和逆恒应力法）在预测各向异性层合板性能中的应用。核心内容在于界面：界面结合强度如何影响层间剪切性能（ILSS），以及界面脱粘作为一种主要的失效模式在疲劳载荷下的演化规律。 --- 第二部分：复杂结构系统的载荷分析与可靠性设计（约750字） 本部分从连续介质力学的角度出发，构建分析和预测工程结构在实际载荷下行为的数学框架。 第六章：弹性力学的基本方程与平面问题分析 本章奠定了连续介质力学的理论基础。从能量守恒和应变关系出发，推导了三维弹性问题的平衡微分方程和应力-应变本构关系（广义胡克定律）。重点对二维平面应力和平面应变问题进行深入分析，并引入 Airy 应力函数方法，演示如何求解复杂边界条件下的应力分布，例如解析求解圆孔附近或裂尖处的应力集中现象。 第七章：结构动力学基础与模态分析 本章处理随时间变化的载荷问题。首先建立了单自由度系统的自由振动方程，引入了固有频率和阻尼比的概念。随后，扩展到多自由度系统，详细阐述了特征值问题在求解系统模态振型和固有频率中的核心地位。通过对振型正交性的解释，为后续的模态叠加法分析奠定基础，这对于避免共振破坏至关重要。 第八章：断裂力学：从线弹性到弹塑性 本章专门处理材料或结构中的裂纹扩展问题。系统阐述了应力强度因子（K）的概念及其在评估裂纹尖端场强度中的作用。重点讲解了基于能量释放率（G）的断裂判据，并详细介绍了不同几何约束下的裂纹扩展速率计算方法（如Newman-Raju公式）。最后，引入弹塑性断裂力学中的J积分理论，用于描述高韧性材料中裂纹尖端塑性区的能量吸收过程。 第九章：疲劳与蠕变：时效性损伤评估 疲劳是导致结构失效的最常见原因。本章聚焦于循环载荷下的损伤累积模型。详细介绍了S-N曲线的拟合与使用，以及Miner线性累积法则的局限性。随后，引入了Paris-Erdogan 定律，这是评估裂纹在疲劳载荷下扩展速率的核心公式。在蠕变方面，分析了高温下材料的粘塑性变形机制，并应用Norton-Bailey模型来预测长期服役结构（如涡轮叶片）的寿命。 第十章：有限元方法（FEM）在结构分析中的应用导论 本章提供了一种求解解析解极其困难的复杂几何和载荷问题的数值工具。侧重于理解FEM的基本思想：变分原理（如虚功原理）和刚度矩阵的组装。详细介绍了三角形和四面体单元的形状函数构建，以及如何将边界条件引入到整体刚度方程中。最后，通过案例分析，指导读者如何选择合适的单元类型、网格划分策略以及后处理中的应力光滑技术，以确保计算结果的准确性与可靠性。 --- 结语 本书的编写严格遵循了材料科学与结构力学相互关联的内在逻辑，强调理论推导与工程实例的结合。全书内容侧重于物质的内在属性、微观结构对性能的决定性影响、复杂载荷下的能量与变形分析，以及现代数值工具的应用，旨在培养读者基于科学原理进行材料选择和结构优化的能力，全面提升其解决现代复杂工程问题的能力。

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作为一名非专业的读者，我购买这本书的初衷是想对电工电子有一个初步的了解，不指望成为专家，但至少能看得懂一些基本的电路图，了解一些常用的元器件。这本书在这方面做得相当不错，它从最基础的物理概念讲起，比如电荷、电场、磁场，然后逐步过渡到电流、电压、电阻这些核心概念。让我印象深刻的是，书中对于各种测量仪器的介绍，不仅仅是列出名称，还详细讲解了它们的工作原理、使用方法以及注意事项。比如，万用表在测量不同参数时，需要注意的档位选择、接线方式，以及可能出现的误差等等，都讲得很细致。我之前总是觉得万用表是个很神奇的东西，现在看完书，感觉自己也能上手操作了。而且，书里对于一些常用元器件的讲解，也是从它们的外观、标识，到工作原理、应用场景，都一一列举，让我对这些“小零件”有了更深的认识。比如，电阻的色环标识，电容的耐压值等等，这些细节都讲得很清楚。我觉得，这本书的价值在于，它能够帮助像我这样的初学者，建立起一个完整、系统的知识框架，而不是零散的知识点堆砌。

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我是一个比较看重实践操作的人，所以买书的时候，重点会关注这本书的实训环节是否丰富。这本书在这方面做得相当不错，每个章节后面都配有相应的实训项目，而且步骤写得特别清晰。它不仅仅是告诉你怎么接线，还详细讲解了每个实验的目的、原理，以及预期会看到的结果。比如，在学习完基本的电阻串并联后，就有一个实训项目是搭建一个简单的分压电路，让我亲手去验证欧姆定律。书中给出的电路图也很规范，用的都是标准的元件符号，这点对于刚开始接触电路的人来说非常重要，能够帮助建立正确的认知。更难能可贵的是，它还列出了实验所需的元器件清单，甚至连一些工具的规格都给出了建议，这一点真的非常贴心，省去了我到处去查资料的时间。我尝试做了几个实训项目，感觉收获很大。尤其是当自己亲手搭建的电路能够按照预期工作时，那种成就感是看书无法比拟的。书里还提到了很多调试技巧，比如如何使用万用表测量电压、电流，如何排查电路故障等等，这些都是非常实用的技能。我觉得，这本书的实训部分，不仅仅是理论的验证，更是能力的培养。

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我之前对电工电子这块一直感觉是个“黑箱”，感觉很神秘，但又很想了解。这本书的语言风格我特别喜欢，它不像那种枯燥的教科书，而是用一种比较生动、口语化的方式来讲解。比如，在讲到二极管的单向导电性时，作者打了个比方，说它就像一个单向阀门，电流只能往一个方向流。这种形象的比喻，一下子就把我脑子里模糊的概念给具象化了。而且，书里有很多插图，不是那种简单的示意图，而是比较精美的彩色插图，包括元器件的实物图、电路板的布局图等等，看起来就很舒服，也更容易理解。我尤其喜欢书里关于三极管讲解的那一部分，它把三极管比作一个“水龙头”，通过控制小电流来控制大电流，这个比喻真的非常恰当，我一下子就明白了三极管放大和开关的原理。书中在讲解一些稍微复杂一点的电路时，会先拆解成几个简单的小模块，逐个分析，然后再把它们组合起来，这样层层递进，就不会让人感到 overwhelmed。而且，它还时不时地穿插一些“小贴士”或者“注意事项”，提醒读者一些容易出错的地方，非常有引导性。

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说实话，我在选择这本书之前，也看过不少其他的电工电子入门书，但很多都让我觉得内容过于陈旧，或者理论性太强，脱离实际。这本书给我的感觉就比较新，而且非常注重实用性。它在讲解一些基础知识的同时，还结合了很多实际应用中的例子。比如，在讲解整流电路时，它就提到了家里的电源适配器是如何工作的，还解释了滤波电路的作用。这让我觉得，我学的知识是可以和日常生活联系起来的，不是空中楼阁。而且，书中还涉及到一些简单的电路设计和故障排除的方法，这一点对我来说非常宝贵。我曾经遇到过家里的一个小电器不工作，自己看了一下，摸不着头脑。如果我能掌握书里讲的一些基本方法，也许就能自己解决了。书里的排版也很舒服，文字大小适中，段落分明，重点内容还会用加粗或者下划线来突出，阅读起来不会觉得疲劳。总的来说，这本书的知识点更新比较及时，并且非常注重理论与实践的结合，对于想要学习电工电子基础知识，并且希望能够实际应用的人来说，是一个很好的参考。

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这本书的封面设计倒是挺吸引人的，金属质感的背景，线条简洁的电路图，让人一看就知道是讲什么的。我当时就是在网上看到这本书的推荐，想着作为入门读物，应该会比较扎实。收到货后，迫不及待地翻开了第一章。不得不说，作者在基础概念的讲解上，确实下了不少功夫。比如，对于欧姆定律、基尔霍夫定律这些核心概念，他用了好几种不同的角度去解释，还配上了不少图示，这一点我特别喜欢。我之前学的时候，光看文字觉得有点抽象，但这本书通过生活中的类比，比如水管和水流来解释电流和电压，瞬间就豁然开朗了。而且，它不像有些书上来就讲公式推导，而是先讲清楚原理，然后再引出公式，这样学习起来就更有条理，也更容易理解。后面关于电阻、电容、电感这些元器件的介绍，也是循序渐进的，从它们的物理特性到在电路中的作用，都讲得很细致。我印象比较深刻的是，书里还提到了一些实际应用中的注意事项，比如不同类型电阻的选型、电容的极性问题等等，这些都是我在实际操作中经常会遇到的，提前了解一下很有帮助。整体感觉，这本书的逻辑性很强，知识点覆盖全面，对新手来说，确实是一个不错的选择。

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