具体描述
《机械设计基础》除绪论外共有14章，包括平面机构、平面连杆机构、凸轮机构、间歇运动机构、齿轮传动、蜗杆传动、齿轮系、带传动、链传动、联接、轴、轴承、联轴器、离合器、制动器及弹簧等内容。《机械设计基础》遵循“必需与够用”的原则，既保证基本内容，又注重知识的实用性。《机械设计基础》可作为高等职业院校、高等专科学校、成人高校机械类、机电类及近机类专业“机械设计基础”课程教材，也可作为各职业学校及有关工程技术人员参考用书。
《工程材料力学：原理与应用》 前言 工程设计的根基在于对材料行为的深刻理解，而理解材料行为的基石则是力学原理。本书《工程材料力学：原理与应用》旨在为广大学子、工程师以及对材料性能与结构稳定性感兴趣的读者提供一个全面而深入的理论框架和实践指导。不同于侧重于机械零部件具体构造和传动原理的教材，本书将焦点集中在材料本身在各种载荷作用下的响应，以及如何利用这些响应来预测和设计结构件的可靠性。我们将从最基本的概念出发，逐步深入到复杂的材料行为模型和分析方法，最终落脚于实际工程问题的解决。 第一部分：材料的力学基础 第一章：绪论与基本概念 本章将首先界定“工程材料力学”的研究范畴，阐述其在机械工程、土木工程、航空航天工程等诸多领域的核心地位。我们将回顾历史，简要介绍材料力学发展的关键里程碑，以及现代工程对材料力学知识提出的更高要求。随后，引入应力（stress）和应变（strain）这两个基础而关键的概念。应力被定义为作用在材料单位面积上的内力，其物理意义和计算方法将得到详尽讲解，包括正应力、剪应力及其在不同坐标系下的表示。应变则描述了材料在应力作用下的几何变形，我们将介绍线应变、剪应变及其测量方式。这一章的学习将为后续章节打下坚实的理论基础，帮助读者建立对材料内部受力状态和变形规律的直观认识。 第二章：材料的本构关系 材料在应力作用下的应变响应并非是任意的，而是遵循特定的“本构关系”（constitutive relation）。本章将深入探讨不同材料在受力过程中的力学行为。我们将从最简单的线性弹性材料入手，介绍胡克定律（Hooke's Law）及其在单轴、双轴和三轴应力状态下的推广，包括弹性模量（Young's Modulus）、泊松比（Poisson's Ratio）和剪切弹性模量（Shear Modulus）等关键力学参数的定义、测量和意义。之后，我们将转向非线性材料，如塑性材料。塑性变形是材料在超过屈服强度后发生的永久性变形，本章将介绍屈服准则（如冯·米塞斯准则、摩尔-库仑准则）以及加工硬化等现象。对于橡胶、聚合物等粘弹性材料，其应力-应变关系会随时间变化，我们将引入蠕变（creep）和应力松弛（stress relaxation）的概念，并探讨粘弹性本构模型（如Kelvin模型、Maxwell模型）。理解材料的本构关系是预测其在实际载荷下行为的关键。 第三章：应力分析 在复杂的工程结构中，材料所承受的应力分布往往不均匀且方向复杂。本章将介绍如何进行应力分析。我们将从分析应力张量（stress tensor）开始，学习如何用张量来完整地描述一个点上的应力状态。然后，我们将讲解莫尔圆（Mohr's Circle）方法，这是一种直观且强大的工具，用于求解平面应力状态下的主应力（principal stresses）和最大剪应力，以及任意截面上的应力分量。对于三维应力状态，我们将介绍主应力轴和主应力。此外，本章还将涉及应力集中（stress concentration）的概念，分析几何形状变化（如孔、缺口、圆角）如何导致局部应力显著增大，以及如何评估其对结构安全性的影响。 第四章：应变分析 与应力分析相对应，本章将聚焦于应变分析。我们将学习应变张量（strain tensor）的概念，以及如何描述一个点上的复杂变形。平面应变分析（plane strain）和平面应力分析（plane stress）是两种在工程中非常常见的简化模型，本章将详细介绍这两种情况下的应变计算。我们将再次利用莫尔圆的概念来确定主应变（principal strains）和最大剪应变，以及任意方向上的应变分量。理解应变不仅有助于分析变形，更重要的是，通过本构关系，它可以反过来帮助我们推算应力。 第二部分：材料在载荷下的行为与失效 第五章：材料的强度与刚度 材料的强度（strength）是指抵抗永久变形和断裂的能力，而刚度（stiffness）则是指抵抗弹性变形的能力。本章将围绕这两个核心概念展开。我们将详细介绍各种强度指标，如屈服强度（yield strength）、抗拉强度（tensile strength）、抗压强度（compressive strength）和剪切强度（shear strength）。这些指标的测量方法（如拉伸试验、压缩试验）和意义将得到阐述。对于刚度，我们将重点关注弹性模量，它直接反映了材料的刚性程度。此外，本章还将引入材料的韧性（toughness）和脆性（brittleness），以及断裂韧性（fracture toughness）等概念，这些指标对于评估材料在动态载荷或存在缺陷时的行为至关重要。 第六章：构件的强度与刚度计算 本章将把前几章的理论知识应用于实际工程构件的强度和刚度计算。我们将分析不同受力形式下的杆件，如轴向受力杆件、弯曲杆件（梁）和扭转杆件（轴）。对于轴向受力杆件，我们将学习如何计算其变形和确定临界屈曲载荷（对于细长杆件）。对于梁，我们将深入研究弯曲应力（包括正应力和剪应力）的分布规律，介绍弯矩图和剪力图的绘制方法，以及如何计算梁的挠度。对于受扭转的轴，我们将分析剪应力和扭转角。此外，本章还将涉及组合变形（如弯曲与轴向力同时作用，弯曲与扭转同时作用）的分析方法。 第七章：材料的疲劳分析 在周期性或重复性载荷作用下，材料即使在低于其静态屈服强度的应力水平下也可能发生断裂，这种现象称为疲劳（fatigue）。本章将系统地介绍疲劳失效的机理、规律和分析方法。我们将讲解S-N曲线（应力-寿命曲线）的概念，以及如何根据试验数据预测构件的疲劳寿命。疲劳裂纹的萌生（initiation）和扩展（propagation）是疲劳过程的两个重要阶段，本章将对这两个阶段的机制进行深入分析。我们将介绍影响疲劳寿命的各种因素，如应力集中、表面粗糙度、环境腐蚀等。最后，本章将介绍疲劳设计准则，如损伤容限设计（damage tolerance design）和疲劳许用应力法。 第八章：材料的断裂力学 当材料中存在缺陷（如裂纹）时，即使在较低应力下也可能发生突然的、灾难性的断裂。断裂力学（fracture mechanics）正是研究材料中裂纹扩展和断裂行为的学科。本章将介绍断裂力学的基本概念，如应力强度因子（stress intensity factor, K）和断裂韧度（fracture toughness, KIC）。我们将学习如何计算裂纹尖端的应力强度因子，并将其与材料的断裂韧度进行比较，以判断裂纹是否会扩展。本章还将探讨断裂准则，如裂纹尖端张开位移（CTOD）和J积分等。断裂力学的应用对于评估带有裂纹的结构件（如飞机机翼、压力容器）的剩余寿命和安全性至关重要。 第九章：材料的蠕变与应力松弛 在高温或长期恒定载荷作用下，材料会发生缓慢而持续的变形，这种现象称为蠕变（creep）。当材料的应力随时间降低时，产生的变形则表现为应力松弛（stress relaxation）。本章将深入探讨蠕变行为。我们将介绍蠕变的三个阶段：瞬时蠕变、稳态蠕变和加速蠕变。我们将学习常用的蠕变本构模型，如Norton定律、Bailey-Norton定律等，并介绍如何利用蠕变试验数据来预测材料在高温下的长期行为。应力松弛现象在预应力结构（如预应力混凝土）和密封件设计中具有重要意义，本章也将对其进行分析。 第三部分：工程应用与案例分析 第十章：有限元分析在材料力学中的应用 有限元分析（Finite Element Analysis, FEA）是一种强大的数值计算方法，能够求解复杂的力学问题。本章将介绍有限元方法的基本原理，以及它如何被应用于材料力学的分析。我们将讲解如何将连续的结构离散化为有限个单元，并如何构建单元方程和整体方程。本章将侧重于有限元在应力分析、应变分析、梁和轴的弯曲扭转分析、以及热应力分析等方面的实际应用。通过对典型工程问题的有限元仿真实例分析，帮助读者理解如何利用FEA工具来解决实际工程中的材料力学挑战。 第十一章：现代工程材料的力学特性 随着材料科学的飞速发展，各种新型工程材料不断涌现，它们具有独特的力学性能。本章将介绍一些重要的现代工程材料及其力学特性。我们将探讨高性能合金（如钛合金、铝合金）、复合材料（如碳纤维增强聚合物）、陶瓷材料、以及智能材料（如形状记忆合金、压电材料）在力学方面的特点和应用。本章还将简要介绍材料的损伤力学（damage mechanics）和损伤演化模型，以及如何评估这些新材料在复杂应力状态下的可靠性。 第十二章：失效模式分析与可靠性设计 失效是工程设计中最应避免的后果。本章将对常见的材料失效模式进行总结和分析，包括屈服、断裂（包括疲劳断裂、脆性断裂、韧性断裂）、蠕变断裂、以及应力腐蚀开裂等。我们将学习如何通过科学的方法预测和评估结构的可靠性。本章将介绍可靠性工程的基本概念，如失效概率、可靠度函数，以及相关的设计准则，如安全系数法、容许应力法和极限状态设计法。最终目标是使读者能够基于材料力学的原理，设计出既满足性能要求又具有高可靠性的工程结构。 附录 常用材料的力学性能参数表 应力-应变曲线图例 有限元分析软件介绍 结语 《工程材料力学：原理与应用》一书的编写，旨在为读者构建一个扎实的理论基础，并提供解决实际工程问题的工具和方法。我们相信，对材料力学的深刻理解，是每一位工程师必备的核心素养，也是推动工程技术不断进步的驱动力。希望本书能够激发读者对材料科学和工程力学的浓厚兴趣，并在未来的学习和工作中，能够学以致用，创造出更加安全、高效、创新的工程作品。
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