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出版者:

作者:李乃民

出品人:

页数:795

译者:

出版时间:2009-8

价格:110.00元

装帧:

isbn号码:9787507733884

丛书系列:

图书标签:

• 医学
• 中医
• 疲劳、生理学、医学、健康、睡眠、工作、压力、恢复、运动、人体工程学

物理世界的微观奥秘：材料断裂与宏观性能的交织 图书名称： 物理世界的微观奥秘：材料断裂与宏观性能的交织 内容简介： 本书深入剖析了固体材料，尤其是金属、陶瓷和高分子材料在机械载荷作用下的基本响应机制，重点聚焦于材料失效的微观根源及其宏观力学行为的演变规律。它旨在为材料科学家、工程师以及对固体物理有浓厚兴趣的读者提供一个全面、严谨的理论框架，用以理解材料如何从晶格缺陷的萌生到宏观裂纹的扩展，最终导致结构破坏的全过程。 第一部分：基础理论与微观结构 本书的开篇部分，我们首先回顾了晶体学、位错理论和弹性力学的基本原理，为后续深入探讨断裂现象奠定坚实的理论基础。 第一章：晶体结构与缺陷工程 详细阐述了晶格结构的多样性，从面心立方（FCC）、体心立方（BCC）到六方密堆积（HCP）的原子排列特点。重点讨论了点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界、堆垛层错）的存在形式及其对材料塑性和强度的影响。位错的运动学和动力学原理被细致解析，解释了材料为何能够发生塑性变形，以及如何通过控制位错密度和运动来调控材料的初始强度。我们引入了“晶体塑性有限元”（CPFEM）的概念，以期在原子尺度上模拟晶粒内部的应力重分布。 第二章：弹性形变与本构关系 本章系统梳理了线弹性理论的核心，包括应力、应变和本构关系（胡克定律的张量形式）。我们强调了材料各向异性的重要性，尤其是在解释晶体材料的加载路径依赖性时。随后，本书过渡到非线性弹性行为，探讨了超弹性材料（如橡胶）和粘弹性材料（如聚合物）在时间依赖性载荷下的应力松弛和蠕变现象，为理解高分子材料的长期服役性能做铺垫。 第二章的扩展：微观应力状态的量化 深入探讨了三维应力状态的描述，包括主应力和应力不变量。特别关注了在材料内部微观区域，例如夹杂物周围或晶界上的局部应力集中现象，这些局部应力往往是后续微观失效过程的起点。 第二部分：断裂力学的宏观与介观视角 本部分是本书的核心，致力于构建连接材料微观行为与宏观可观察断裂现象的桥梁。 第三章：韧性断裂：裂纹萌生与扩展的能量观 本章引入了经典断裂力学的概念，重点阐述了格里菲斯（Griffith）的能量守恒原理，即裂纹扩展所需的临界能量释放率 $G_c$。我们将裂纹扩展视为一个热力学过程，探讨了表面能的贡献。随后，我们详细分析了韧性断裂的关键指标——应力强度因子 $K$ 及其在不同载荷条件（模式I、II、III）下的应用。书中使用了大量的有限元模型（FEA）结果来直观展示裂尖处的应力奇异性，并解释了塑性应变对裂纹尖端应力场的影响。 第四章：裂纹尖端的塑性区与小孔（Hole）模型 针对韧性材料，纯粹的线性弹性断裂力学（LEFM）的局限性在于无法描述裂尖的塑性效应。本章着重介绍了杜格达（Dugdale）的塑性裂纹模型和布罗克曼（Barenblatt）的内聚力模型。我们详细推导了裂尖塑性区的尺寸，并引入了断裂韧性 $K_{IC}$ 的概念，探讨了测试标准（如ASTM E399）对获取可靠数据的要求。通过金相分析和扫描电镜（SEM）图像，展示了韧性断裂面上的微孔洞（Void）的形成、聚合和最终的纤维状断裂过程。 第五章：疲劳：循环载荷下的结构退化 疲劳是结构设计中最具挑战性的失效模式之一。本章从微观机理出发，解释了循环应力如何导致表面或内部缺陷处位错的反复运动，形成微小的滑移带（Slip Bands）。随后，过渡到介观尺度的裂纹萌生阶段。本书详尽介绍了S-N曲线（Wöhler曲线）的构建、分析以及其在工程应用中的局限性。 第五章的深入：疲劳裂纹的扩展 本节聚焦于裂纹扩展阶段。详细分析了帕里斯-厄门森（Paris-Erdogan）定律，揭示了 $Delta K$ 与裂纹扩展速率 $da/dN$ 之间的幂律关系。我们探讨了应力比 $R$ 对疲劳寿命的影响，以及高周疲劳（HCF）和低周疲劳（LCF）的差异性分析方法。最后，引入了断裂力学在疲劳分析中的应用——使用 $Delta K_{eff}$ 来评估疲劳裂纹的稳定扩展。 第三部分：特定材料体系的断裂行为与控制 本书的第三部分将理论应用于具体的工程材料，探讨不同材料在失效过程中的独特性。 第六章：金属材料的蠕变与高温断裂 在高温环境下，时间依赖性变形——蠕变成为主导因素。本章阐述了蠕变过程的三个阶段（瞬时、稳态、加速）。重点分析了高温断裂的两种主要机制：基于扩散的“空洞增长模型”（Hull-Rimmer模型）和基于位错运动的“稳态蠕变模型”（Norton定律）。通过考察晶界对高温断裂的影响，我们讨论了晶界工程在提高耐高温合金性能中的关键作用。 第七章：陶瓷与复合材料的脆性断裂 陶瓷材料的特点是高硬度和低延展性，其失效通常是瞬时且灾难性的。本章强调了陶瓷中微裂纹的随机分布和敏感性（韦伯分布）。我们讨论了断裂韧性测试（如断三点弯曲法）在陶瓷中的特殊要求。对于纤维增强复合材料，本书区分了基体断裂、纤维/基体脱粘、纤维断裂以及分层等多种失效模式，并利用界面剪切强度来评估复合材料的整体抗断裂性能。 第八章：失效分析与预防策略 本章是理论与实践的结合。通过大量工程案例分析（如轴类部件断裂、压力容器泄漏），指导读者如何使用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）和原子力显微镜（AFM）等先进表征技术来识别断口特征（如纤维区、拉伸棱带、疲劳条纹），从而准确判断失效模式和起源点。最后，本书提出了结构设计中的“容错设计”理念，强调通过材料选择、几何优化和剩余寿命评估来避免灾难性失效。 结论： 本书通过严谨的物理模型和前沿的实验观察，构建了一个多尺度、多物理场的材料失效分析框架。读者将获得一套全面的工具，用于预测、控制和避免材料在复杂服役环境下的结构性破坏，从而确保工程系统的长期可靠性。

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当我翻到中间部分的时候，我的阅读体验发生了一次微妙的转变。这本书的叙述节奏很奇特，它不是线性的，而是螺旋上升的。前半部分像是在搭建一座庞大的理论框架，冰冷、精确，让人感到疏离。但当作者开始引入“慢性疲劳综合征”和各种生活方式干预的研究案例时，文字中突然注入了一股强大的共情力量。那些案例的描述，那种从极度的高效工作状态到一蹶不振的深渊的坠落，读起来让我感同身受，甚至有些脊背发凉。我注意到，作者在引用大量临床研究的同时，也穿插了一些历史上的医学观点演变，这使得整本书的厚度不仅仅停留在科学数据层面，还带有了思想史的维度。我尤其喜欢他对“休息的质量”与“恢复效率”之间关系的探讨，那部分内容颠覆了我过去那种“躺得越久恢复得越好”的直觉。它强调的是深度睡眠周期、褪黑素分泌的时机，以及如何通过微习惯来优化身体的“重启”过程。这种对细节的极致关注，让我开始重新审视我过去那些无效的放松尝试，感觉自己像是在进行一场精密的自我调试，而不是盲目地放纵。

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阅读《疲劳学》的过程，更像是一场漫长而严肃的对话，对话的对象是你的身体本身。它很少使用激励人心的口号，更倾向于用冷静的、近乎客观的语调告诉你：“你看，你的身体正在因为这个行为而产生X反应，长期如此，Y后果是必然的。”这种“非情感化”的沟通方式，反而比那些歇斯底里的劝诫更具约束力。我发现，这本书最让人不安，但也最宝贵的地方，在于它拆解了“我只是有点累”这种自我安慰的心理机制。作者深入剖析了心理疲劳与生理疲劳之间的交叉感染路径，以及“倦怠感”如何像慢性毒药一样侵蚀人的决策能力和情绪稳定性。这本书的视角是宏观的，它谈的不是如何在一周内恢复精力，而是如何构建一种长期的、可持续的生命运作模式。我甚至开始重新思考我的工作日程安排、午餐的选择，甚至是对电子屏幕蓝光的屏蔽措施，所有这些琐碎的细节，都在这本书的框架下，被赋予了不再琐碎的、关乎整体能量预算的意义。

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总的来说，这本书给我的感觉是“沉甸甸的知识重量”。它不是那种读完后你会立刻充满动力去跑步或者去冥想的书，相反，它会让你坐下来，非常审慎地评估你目前的生活状态是否在能量消耗上已经超出了你的恢复能力上限。它没有提供魔法，只有科学的警告和精准的地图。我感觉自己像是一个刚刚拿到一份复杂的设备维护手册的工程师，虽然手册很厚很专业，但从此以后，我知道我的“机器”是如何运转的，哪些部分是易损件，以及应该如何进行预防性维护。这本书对于那些试图从根本上解决长期精力不济问题的人来说，无疑是极具价值的参考。它教会我的，与其说是对抗疲劳，不如说是理解并尊重身体的自然节律，并在信息过载的现代社会中，为自己的能量池建立起一道坚实的防火墙。它是一本需要耐心阅读、反复回味、并且需要付诸实践的书。

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这本书的排版和图表设计，坦率地说，并不符合当下流行的轻阅读趋势。它充满了密集的脚注和引用列表，每隔几页就会出现一张复杂的生物通路图，或者是一个统计学显著性的柱状图。对于我这种偏好叙事性文本的读者来说，前期的阅读障碍是相当大的。我甚至不得不找来一些基础生理学的参考资料，以跟上作者的思路。但是，一旦你跨过了那道门槛，你会发现，正是这些看似枯燥的图表，才是支撑起作者宏大论述的坚实地基。例如，书中关于氧化应激与疲劳累积的图示，用最简洁的图形语言解释了为什么持续的压力会“烧坏”细胞的能量工厂。这本书的“厚度”并非来自于故作高深，而是来源于对科学证据的尊重和不妥协。它没有为了取悦读者而简化那些关键的复杂性，反而坚持将最前沿的、最难啃的知识完整地呈现给你。这是一种对读者的智力上的尊重，也要求读者付出相应的努力，但回报是，你获得的是真正经得起推敲的知识体系，而不是浮在表面的建议。

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这本书的书名，嗯，叫《疲劳学》？真是个直击灵魂的题目。我刚拿到手的时候，说实话，有点犯嘀咕，感觉像是在翻阅一本教科书，那种厚重感和严肃性扑面而来。我原本期待的是那种能让人读完立马精神焕发、充满能量的“鸡汤”读物，结果这本……它给我的感觉更像是走进了物理实验室，或者说是深入了生物化学的微观世界。作者的笔触极其严谨，开篇就不是那种娓娓道来的故事，而是直接扔出了大量的生理指标、神经递质的名称，什么腺苷酸激酶、线粒体功能障碍，听着就头晕。我花了很长时间才适应这种高密度的信息输入，感觉自己像是在啃一块最坚硬的骨头，需要反复咀嚼和查阅背景知识才能理解作者想要表达的那些复杂的机制。它没有提供那种“一分钟消除疲劳”的速效药方，反而逼着你直面“疲劳”这个概念背后的所有科学原理。这种不加粉饰的真实，虽然过程有点痛苦，但读完后，我对日常的“累”有了完全不同的认识，不再是简单的“没睡好”，而是一整套复杂的系统失衡在向我发出警告。这书，绝对不是茶余饭后的消遣品，更像是一份详尽的身体使用说明书，只不过说明书的语言设定得相当专业。

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