材料力學性能原理與實驗教程/材料科學與工程專業係列教材 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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王吉會，鄭俊萍，劉傢臣，黃定海 編

圖書標籤:

• 材料力學
• 材料科學
• 工程教育
• 實驗教程
• 教材
• 力學性能
• 材料工程
• 高等教育
• 理工科
• 專業教材

齣版社： 天津大學齣版社

ISBN：9787561860007

版次：1

商品編碼：12334833

包裝：平裝

叢書名： 材料科學與工程專業係列教材 ， ，

開本：16開

齣版時間：2018-03-01

用紙：膠版紙

頁數：478

字數：774000

正文語種：中文

內容簡介

　　《材料力學性能原理與實驗教程/材料科學與工程專業係列教材》主要介紹材料在外加載荷或載荷和環境因素（溫度、介質和加載速率等）聯閤作用下錶現的變形、損傷與斷裂的行為規律及其物理本質和實驗測試方法與技術；體現瞭加強基礎、拓寬專業麵、注重實踐能力、培養綜閤素質的目標和原則。
　　《材料力學性能原理與實驗教程/材料科學與工程專業係列教材》內容包括材料力學性能概論，材料的靜載拉伸力學性能，材料在其他載荷下的力學性能（扭轉、彎麯、壓縮、剪切、硬度、缺口效應、衝擊、低溫脆性），材料的斷裂強度與斷裂韌性，材料在變動載荷下的力學性能，材料在環境條件下的力學性能，材料在高溫條件下的力學性能，材料的摩擦與磨損性能，材料在納米尺度下的力學性能，復閤材料的力學性能及材料力學性能實驗等，第1至10章後附有復習思考題，以便課後的復習、鞏固與提高。
　　《材料力學性能原理與實驗教程/材料科學與工程專業係列教材》可作為高等理工科院校材料科學與工程、材料物理、材料化學、功能材料、金屬材料工程等材料類專業本科生“材料力學性能”課程的理論與實驗教材，同時也可供材料科學與工程專業的研究生及從事材料研究、生産和應用的專業技術人員參考。

內頁插圖

目錄

第1章 概論
1．1 材料與材料科學
1．1．1 材料的概念與分類
1．1．2 材料科學與工程
1．2 材料的性能與分析方法
1．2．1 材料的性能
1．2．2 材料性能分析方法
1．3 材料的力學性能
1．3．1 材料力學性能的概念與主要指標
1．3．2 材料力學性能的研究內容
1．3．3 材料力學性能的研究目的和意義
1．3．4 材料力學性能的應用舉例
1．4 課程特點、教學思路與教學安排
1．4．1 課程特點
1．4．2 教學思路
1．4．3 教學安排
復習思考題

第2章 材料的靜載拉伸力學性能
2．1 靜載拉伸試驗
2．1．1 應力一應變麯綫
2．1．2 拉伸強度指標
2．1．3 塑性指標及其意義
2．2 彈性變形
2．2．1 彈性變形及其物理本質
2．2．2 彈性性能的工程意義
2．2．3 彈性不完整性
2．3 塑性變形
2．3．1 金屬材料的塑性變形機製與特點
2．3．2 屈服現象及其本質
2．3．3 真實應力一應變麯綫及形變強化規律
2．3．4 陶瓷材料的塑性變形
2．4 材料的斷裂
2．4．1 金屬材料的斷裂
2．4．2 陶瓷材料的斷裂
2．4．3 高分子材料的斷裂
復習思考題

第3章 材料在其他載荷下的力學性能
3．1 應力狀態係數和力學狀態圖
3．1．1 應力狀態係數
3．1．2 力學狀態圖
3．2 材料的扭轉、彎麯、壓縮和剪切
3．2．1 材料的扭轉
3．2．2 材料的彎麯
3．2．3 材料的壓縮
3．2．4 材料的剪切
3．2．5 幾種靜載試驗方法的比較
3．3 材料的硬度
3．3．1 硬度的概念與分類
3．3．2 布氏硬度
3．3．3 洛氏硬度
3．3．4 維氏硬度
3．3．5 顯微硬度
3．3．6 肖氏硬度
3．3．7 莫氏硬度
3．3．8 常用材料的硬度
3．3．9 硬度與其他力學性能指標的關係
3．4 缺口試樣的力學性能
3．4．1 缺口效應
3．4．2 缺口試樣力學性能試驗
3．5 材料在衝擊載荷下的力學性能
3．5．1 加載速率與應變速率
3．5．2 衝擊載荷的能量性質
3．5．3 衝擊載荷下材料的變形與斷裂的特點
3．5．4 缺口試樣的衝擊試驗與衝擊韌性
3．5．5 衝擊試樣斷裂過程分析
3．5．6 衝擊試驗的應用
3．6 材料的低溫脆性
3．6．1 低溫脆性的現象
3．6．2 低溫脆性的本質
3．6．3 低溫脆性的評定
3．6．4 低溫脆性的影響因素
復習思考題
……

第4章 材料的斷裂強度與斷裂韌性
第5章 材料在變動載荷下的力學性能
第6章 材料在環境條件下的力學性能
第7章 材料在高溫條件下的力學性能
第8章 材料的摩擦與磨損性能
第9章 材料在納米尺度下的力學性能
第10章 復閤材料的力學性能
第11章 材料力學性能實驗

附錄
參考文獻

前言/序言

　　材料的力學性能是關於材料在外加載荷（外力）作用下或載荷和環境因素（溫度、介質和加載速率等）聯閤作用下錶現的變形、損傷與斷裂的行為規律及其物理本質和實驗測試技術的學科。與材料的物理性能、化學性能一樣，材料的力學性能是材料科學與工程四大基本要素——材料性能的重要組成部分，是各類材料在實際應用中都必須涉及的共性問題。
　　但從課程的發展曆史看，“材料力學性能”原是金屬材料工程專業繼“金屬學原理”“固態相變原理”等課程之後的專業課程；在無機非金屬材料工程專業中，無機材料的力學性能僅是“無機材料物理性能”課程中一章的內容；在高分子材料與工程專業中，聚閤物的力學性能則分散在“高分子物理”課程的有關章節中，內容相對較少。
　　隨著材料技術的飛速發展及傳統材料産業的不斷升級，材料類專業得到不斷的重組與優化，不僅有材料科學與工程、材料物理、材料化學、冶金工程、金屬材料工程、無機非金屬材料、高分子材料與工程、復閤材料與工程等主乾專業，而且還包括粉體材料科學與工程、寶石及材料工藝學、焊接技術與工程、功能材料、納米材料與技術、新能源材料與器件等特色專業。而“材料力學性能”課程，則成為材料類專業的學科基礎課程。因此，原先作為金屬材料工程專業的“材料力學性能”課程教材，顯然不能適應材料類專業教學的需要。於是，迫切需要編寫齣兼顧金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料、復閤材料、納米材料等力學性能的共性，又能適當反映各自材料力學性能特殊性的《材料力學性能》教材，以適閤材料科學與工程一級學科專業教學的需要。
　　2010年6月，教育部“卓越工程師教育培養計劃”在我國理工科高等學校全麵鋪開，其中以強化工程能力和創新能力為人纔培養模式改革的重點，從而全麵提高我國工程教育人纔的培養質量。從2017年起，又提齣瞭適閤未來新興産業和新經濟需要的新工科建設思想，旨在培養齣工程實踐能力強、創新能力強、具備國際競爭力的高素質復閤型“新工科”人纔。本教材就是在這一背景下根據材料科學與工程一級學科專業的特點，並本著加強基礎、拓寬專業麵、注重實踐能力、培養綜閤素質的原則而編寫的。

強度、斷裂與疲勞：現代工程材料的挑戰與應對 ——麵嚮先進結構設計與服役安全的綜閤性教材 導論：超越經典理論的材料性能視角 在現代工程領域，從航空航天、高速鐵路到核能反應堆，對結構材料的性能要求已遠超傳統承載能力範疇。僅僅理解材料在靜載荷下的彈性、塑性行為已遠遠不夠。當代工程師必須直麵材料在極端環境、復雜應力狀態以及長期服役過程中所展現齣的固有脆弱性——即強度極限的突變、損傷的纍積以及最終的失效。 本書《強度、斷裂與疲勞：現代工程材料的挑戰與應對》正是為滿足這一迫切需求而編寫。它並非簡單地重復介紹晶體塑性或相變硬化等基礎概念，而是將焦點集中於材料失效過程的動態性、微觀機製的可視化以及工程預測方法的精確化。本書旨在構建一個從本構關係建立、損傷演化建模到壽命預測的完整知識體係，特彆強調先進材料（如復閤材料、增材製造金屬以及功能梯度材料）在多尺度失效方麵的特殊性。 全書分為六大部分，共計二十章，力求結構嚴謹、內容深入且貼閤前沿研究方嚮。 --- 第一部分：基礎理論的深化與擴展 (Foundational Theories Deepened) 本部分旨在為讀者提供一個堅實的、超越標準教材的力學基礎，重點關注非綫性、非均勻加載條件下的本構關係。 第一章：應力分析的廣義化 深入探討廣義連續介質力學中的非對稱應力張量、微極體理論在描述界麵效應中的應用，以及高階應力場（如梯度效應）對材料局部行為的影響。重點分析瞭剪切帶、拉伸裂紋尖端應力場的奇異性解析解。 第二章：粘塑性與蠕變本構模型 詳細闡述瞭基於熱力學驅動的粘塑性模型（如Perzyna模型和Schapery模型）的推導，以及如何將時間溫度等效原理（TTSP）應用於高溫結構材料的長期蠕變預測。特彆引入瞭動態恢復過程中的應變軟化現象。 第三章：材料的損傷力學導論 本章是對“失效”概念的重新界定。引入瞭連續介質損傷力學（CCDM）的核心思想，通過標量、矢量或張量參數來描述材料內部微觀損傷變量的演化規律，並結閤能量釋放率和內變量理論構建瞭等效塑性應變與損傷變量之間的耦閤方程。 --- 第二部分：斷裂力學的多尺度與多模式分析 (Fracture Mechanics: Multi-scale and Multi-mode Analysis) 本部分是全書的核心，聚焦於裂紋的産生、擴展及抗性評估，是評估結構完整性的關鍵。 第四章：綫彈性斷裂力學的精確應用 除瞭經典的應力強度因子（$K$因子）計算外，本章詳述瞭復平麵裂紋問題（如傾斜裂紋）的解析方法，並深入探討瞭邊界元法（BEM）在復雜幾何體中$K$因子計算中的優勢。 第五章：彈塑性斷裂：J積分與CTOD 重點講解瞭J積分的物理意義及其在評估大範圍屈服下裂紋尖端行為中的核心地位。詳細分析瞭Rice提齣的路徑無關性，並結閤Hirschberg-Rice裂紋尖端塑性區模型，推導瞭裂紋尖端張開位移（CTOD）與塑性區尺寸的關係，用於評估韌性斷裂。 第六章：韌性斷裂與微觀機製的耦閤 本章側重於材料韌性斷裂的微觀物理過程。深入分析瞭孔隙-裂紋聚閤理論（Void Growth Model，如Gurson-Tvergaard-Needleman模型）如何從原子尺度的空位形成，到微裂紋萌生，直至宏觀裂紋擴展的整個過程。對比瞭韌性斷裂與脆性斷裂在能量釋放率上的本質區彆。 第七章：疲勞萌生與擴展的物理基礎 闡述瞭疲勞的三個階段：錶麵損傷萌生、微裂紋擴展和宏觀裂紋擴展。重點討論瞭Basquin、Coffin-Manson以及Miner纍積損傷法則的局限性，並引入瞭基於裂紋尖端應變參數的擴展模型。 第八章：高周疲勞的應力-應變法與斷裂導嚮法 針對高周疲勞（HCF），詳細分析瞭基於應力控製的S-N麯綫的統計學意義，並結閤應變控製的$Delta varepsilon - N$麯綫（CoF-Mn麯綫）的交點預測。在斷裂導嚮分析中，引入瞭基於等效應力強度因子的疲勞裂紋擴展速率方程，並討論瞭錶麵效應和平均應力修正（如Goodman、Gerber關係）的非綫性影響。 第九章：低周疲勞與壽命預測 本章聚焦於低周疲勞（LCF）和熱機械疲勞（TMF）。詳細分析瞭塑性應變範圍對壽命的決定性作用，並探討瞭熱循環對材料微結構（如晶粒邊界滑動）的加速損傷效應。 --- 第三部分：先進材料的失效行為 (Failure Mechanisms in Advanced Materials) 本部分將理論應用於復閤體、增材製造産品等現代工程結構材料。 第十章：復閤材料的層間與基體損傷 分析瞭縴維增強復閤材料（FRC）的失效模式，重點討論瞭基體開裂、縴維/基體脫粘（界麵失效）以及層間剪切失效（ILSS）。引入瞭基於能量平衡的層閤闆理論（如First Ply Failure準則）。 第十一章：增材製造（AM）金屬的殘餘應力和孔隙效應 詳細研究瞭增材製造過程中的快速加熱和冷卻導緻的顯著殘餘應力分布問題。重點分析瞭打印過程中形成的液態金屬未完全熔閤導緻的孔隙缺陷，及其作為疲勞裂紋源的獨特機製。 第十二章：蠕變斷裂與超高溫服役 針對燃氣輪機葉片等高溫部件，深入分析瞭材料在高溫下的蠕變損傷積纍，特彆是時間依賴性的裂紋擴展。討論瞭基於等效能量釋放率的蠕變斷裂準則和壽命預測圖。 --- 第四部分：數值模擬與實驗錶徵 (Numerical Simulation and Experimental Characterization) 本部分連接瞭理論預測與工程實踐，介紹瞭現代失效分析的工具箱。 第十三章：有限元方法在斷裂分析中的應用 詳細介紹瞭非綫性有限元分析中處理裂紋尖端奇異性的技術，包括內插裂紋單元法（X-FEM）與常規裂紋單元法的比較。討論瞭塑性大變形下網格重劃對計算結果的影響。 第十四章：準靜態加載下的斷裂韌度實驗評價 詳細規範瞭使用標準試樣（如CCT, SE(B)）進行斷裂韌度$K_{ ext{Ic}}$和$J_{ ext{Ic}}$測試的流程、試樣尺寸要求（厚度效應）以及邊緣載荷下的修正技術。 第十五章：疲勞性能的實驗設計與數據處理 指導讀者如何進行可靠的軸嚮、鏇轉彎麯疲勞試驗。重點講解瞭疲勞數據（S-N麯綫）的統計分析（如Weibull分布），以及如何通過掃描電鏡（SEM）分析斷口形貌，區分疲勞紋（Beach Marks）與瞬時斷裂的特徵。 第十六章：動態斷裂與衝擊載荷響應 介紹瞭高速裂紋擴展的測量技術（如光柵應變分析DIC和高速攝影），以及材料的衝擊韌性（如Charpy V型缺口試驗）與本構方程的動態率相關性。 --- 第五部分：結構完整性評估與壽命設計 (Structural Integrity Assessment and Life Prediction) 本部分將理論和實驗結果轉化為可操作的工程標準。 第十七章：損傷容限設計（Damage Tolerance）理念 係統闡述瞭損傷容限設計哲學——即假定結構中已存在缺陷，並要求在設計壽命內，通過定期檢測，確保裂紋不會擴展至臨界尺寸。詳細講解瞭基於斷裂力學的安全評估流程（S-F 麯綫）。 第十八章：基於概率的可靠性分析 介紹瞭將材料性能（如斷裂韌度、疲勞壽命）的隨機性納入結構壽命預測的可靠性方法，包括First-Order Reliability Method (FORM) 和 Monte Carlo 模擬在結構安全因子確定中的應用。 第十九章：剩餘壽命預測與修復策略 探討瞭在使用中損傷纍積的結構的剩餘壽命評估方法，特彆是如何利用實時監測數據修正疲勞模型。介紹瞭疲勞壽命延長技術（如錶麵滾壓、噴丸強化）的力學基礎及其對錶麵殘餘應力的影響。 --- 第六部分：前沿挑戰與展望 (Frontier Challenges and Outlook) 第二十章：極端環境下的材料失效 展望瞭氫緻脆化（HE）、輻照脆化以及超高周疲勞（UHCF）等前沿領域的失效問題，並討論瞭新型計算模型（如相場法）在模擬這些復雜、多尺度耦閤失效過程中的潛力。 --- 本書麵嚮材料科學與工程、機械工程、航空航天工程等專業的高年級本科生、研究生，以及從事結構安全評估、失效分析和先進材料研發的工程師和科研人員。它提供瞭比入門教材更深的理論基礎和更廣的工程應用視野，是理解和掌控現代工程材料“不屈服，不崩塌”秘密的有力指南。

評分☆☆☆☆☆

一本好的教材，不應該隻是知識的搬運工，更應該是思想的啓濛者。這本書在這方麵做得相當齣色。我特彆喜歡它在介紹材料疲勞壽命預測這一章節中的處理方式。它並沒有簡單地給齣S-N麯綫和Miner纍加損傷法則，而是花瞭相當大的篇幅去解釋疲勞裂紋萌生和擴展的微觀機製，從錶麵缺陷、應力集中，到位錯纏結、微裂紋的形成，再到裂紋的穩定和失穩擴展，整個過程的描述非常生動形象，配以精美的示意圖，讓我仿佛置身於材料內部，親眼目睹瞭疲勞損傷的發生過程。而且，它還巧妙地將理論模型與實驗數據相結閤，展示瞭如何利用小應變幅度下的恒定幅值疲勞試驗來預測材料在大應變幅值下的壽命，以及如何考慮載荷譜變化對疲勞壽命的影響。這種將理論與實驗緊密結閤，將抽象概念具象化的方式，讓我對材料疲勞性能的理解提升到瞭一個新的高度。更令我印象深刻的是，它還提及瞭一些先進的無損檢測技術在疲勞裂紋早期檢測中的應用，這為我們實際工程中的健康監測提供瞭新的思路。

評分☆☆☆☆☆

說實話，我最初拿到這本書的時候，並沒有抱太大的期望，以為又是一本“換湯不換藥”的教材。但當我翻閱到關於材料蠕變和應力鬆弛的部分時，我眼前一亮。書中對這些長時效應的講解，非常細緻，而且不僅僅局限於理論公式，還深入探討瞭影響蠕變和鬆弛速率的微觀機製，比如晶界滑移、體積擴散等，並且聯係瞭實際工程中的應用，比如在高溫鍋爐管、渦輪葉片等部件的設計中，如何考慮這些因素以避免結構失效。我之前接觸過一些關於這些內容的資料，但總是覺得不夠係統，或者理解得不夠透徹。這本書的講解，就像抽絲剝繭一樣，將復雜的概念一層層地剖析開來，讓我豁然開朗。特彆是其對實驗部分的要求，也同樣細緻，它強調瞭在進行高溫蠕變試驗時，溫度的精確控製、載荷的穩定施加以及測量設備的靈敏度等關鍵因素的重要性，並提供瞭相應的實驗設計思路和數據分析方法。這對於我們這些需要進行相關研究的科研人員來說，無疑是寶貴的指導。這本書不僅僅是教科書，更像是一個研究指南，指引我們如何更深入地探索材料的奧秘。

評分☆☆☆☆☆

作為一名正在攻讀材料科學與工程專業博士研究生的我，對於一本能夠兼顧原理深度與實驗操作實用性的教材，始終有著極高的期待。翻閱這本《材料力學性能原理與實驗教程》後，我最大的感受是其內容的“厚重”與“鮮活”。“厚重”體現在它對塑性變形機製、斷裂韌性、疲勞失效等核心概念的深入剖析，並非淺嘗輒止，而是能夠追溯到微觀結構層麵，結閤晶體學、位錯理論等相關知識進行解釋，這對於理解材料行為的本質至關重要。我尤其欣賞書中關於材料在極端環境（如高溫、低溫、腐蝕）下的力學性能變化分析，這些內容在我的研究課題中時常需要藉鑒，以往我隻能零散地查閱大量文獻，現在有瞭一個相對集中的參考。而“鮮活”則體現在其實驗教程部分。它不僅僅是羅列齣幾個經典的力學測試，更是針對不同材料體係（金屬、陶瓷、高分子、復閤材料）設計瞭具有代錶性的實驗項目，並提供瞭詳細的儀器操作指南、數據采集流程，甚至是常見的實驗問題排查建議。這讓我感覺到，這本書不僅僅是一本理論書籍，更像是一位經驗豐富的導師，手把手地教你如何將理論知識轉化為實際的實驗操作，並從中獲取有價值的研究數據。

評分☆☆☆☆☆

收到！這就為您奉上五段不同風格、不同側重點，並且盡可能不像AI生成的讀者評價： 這本書的齣版，確實在我這個材料科學領域的“老傢夥”心中激起瞭一層層漣漪。我尤其看重的是它在基礎理論與實際應用之間搭建的那座橋梁。書中對材料力學性能的闡述，不再是枯燥的公式堆砌，而是融入瞭大量的工程實例，比如在航空航天領域，新型復閤材料的失效模式是如何被精確預測和規避的；在橋梁建設中，鋼材的疲勞性能又是如何被嚴苛地考量和設計的。這些“接地氣”的內容，讓我能更直觀地理解那些抽象的概念，也讓我反思自己過去在教學過程中，是否過於強調瞭理論的嚴謹而忽略瞭實際的溫度。此外，實驗教程部分更是點睛之筆，它提供瞭詳盡的實驗步驟、數據處理方法，甚至連實驗設備的選用和注意事項都考慮到瞭。這對於指導年輕的研究生進行科學研究，避免走彎路，具有不可估量的價值。我曾指導過幾個學生，他們在進行材料強度測試時，常常會因為對實驗細節把握不準而耽誤進度，如果當時有這樣一本教程，相信他們的研究會更加順暢。特彆是書中對實驗誤差的分析和控製，以及如何利用統計學方法來提高實驗數據的可靠性，這部分內容對我來說，更是醍醐灌頂。它讓我認識到，即使是看似簡單的拉伸試驗，背後也蘊含著豐富的科學道理和嚴謹的科學態度。

評分☆☆☆☆☆

這本書的結構安排，給我的印象尤為深刻，它在理論講解和實驗操作之間實現瞭很好的平衡，而且這種平衡不是簡單的並列，而是相互促進、相互印證。我尤其欣賞它在探討材料韌性與脆性轉變這一章節的處理。它不僅僅給齣瞭脆性斷裂的Griffith理論，還深入分析瞭在不同溫度、應變速率、應力狀態下，材料韌脆轉變的原因，並將其與微觀組織，如晶粒尺寸、第二相粒子等聯係起來。這使得我們能夠從更宏觀到更微觀的層麵，去理解材料的斷裂行為。而且，在實驗教程部分，它設計瞭非常具有針對性的實驗，比如利用Charpy衝擊試驗來測量材料的衝擊吸收功，並解釋瞭如何通過改變試驗溫度來獲得材料的韌脆轉變麯綫。書中還詳細地指導如何進行斷口形貌的觀察和分析，並指導如何將宏觀的斷口特徵與微觀的斷裂機製聯係起來。這對於學習如何進行材料失效分析的學生來說，具有極高的指導意義。它不僅僅是教會你如何做實驗，更重要的是教會你如何通過實驗來理解材料的內在性能，並最終解決實際工程中的問題。