工程材料力學行為（中文版 原書第4版) epub pdf mobi txt 電子書 下載 2024

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內容簡介

本書以材料的力學行為為核心，概要介紹瞭金屬材料、高分子材料、陶瓷材料、玻璃和復閤材料的基本結構和變形特點，簡單描述瞭材料的基本力學性能試驗，包括拉伸試驗、壓縮試驗、硬度試驗、彎麯試驗、扭轉試驗和缺口衝擊試驗，係統介紹瞭材料的塑性變形、斷裂、疲勞、蠕變以及材料的應力應變本構行為。本書既介紹瞭一些經典的力學理論，如八麵體剪應力屈服準則、大正應力屈服準則、大正應力斷裂準則以及Coulomb-Mohr斷裂準則，又介紹瞭一些經典的材料失效的力學分析方法，如以應力為基礎的疲勞分析方法、以應變為基礎的疲勞分析方法、基於時間-溫度參數的蠕變壽命分析方法以及基於綫彈性斷裂力學的材料斷裂分析方法。

目錄

前言
譯者的話
緻謝
第1章概論
1.1前言
1.2材料的失效形式
1.3設計和材料選擇
1.4技術挑戰
1.5斷裂的經濟意義
1.6小結
參考文獻
習題
第2章材料的結構與變形
2.1前言
2.2固體中的鍵
2.3晶體材料的結構
2.4彈性變形和理論強度
2.5非彈性變形
2.6小結
參考文獻
習題
第3章工程材料概述
3.1引言
3.2金屬材料的閤金化與加工
3.3鐵和鋼
3.4有色金屬及其閤金
3.5高分子材料
3.6陶瓷和玻璃
3.7復閤材料
3.8工程構件的選材
3.9小結
參考文獻
習題
第4章力學試驗：拉伸試驗及其他
基本試驗
4.1前言
4.2拉伸試驗簡介
4.3基於工程應力�燦Ρ淶牧ρ�性能
4.4拉伸力學行為的變化規律
4.5拉伸試驗中的真實應力�燦Ρ�
4.6壓縮試驗
4.7硬度試驗
4.8缺口衝擊試驗
4.9彎麯試驗和扭轉試驗
4.10小結
參考文獻
習題
第5章應力應變關係及行為
5.1前言
5.2變形行為模型
5.3彈性變形
5.4各嚮異性材料
5.5小結
參考文獻
習題
第6章復雜應力應變狀態及主應力
應變狀態
6.1前言
6.2平麵應力
6.3主應力和最大切應力
6.4三維應力狀態
6.5八麵體平麵上的應力
6.6復雜應變狀態
6.7小結
參考文獻
習題
第7章復閤應力下的屈服與斷裂
7.1前言
7.2失效準則的一般形式
7.3最大正應力斷裂準則
7.4最大切應力屈服準則
7.5八麵體切應力屈服準則
7.6基本失效準則的探討
7.7Coulomb�睲ohr斷裂準則
7.8Mohr斷裂準則的修正
7.9失效準則的補充說明
7.10小結
參考文獻
習題
第8章含裂紋構件的斷裂
8.1前言
8.2初步討論
8.3數學概念
8.4應力強度因子K在設計和分析中的
應用
8.5關於應力強度因子K應用的補充
說明
8.6斷裂韌度值及其變化趨勢
8.7塑性區尺寸以及綫彈性斷裂力學
（LEFM）的塑性限製
8.8斷裂韌度試驗的討論
8.9斷裂力學在綫彈性範圍之外的推廣
8.10小結
參考文獻
習題
第9章材料的疲勞：概述和基於應力
的方法
9.1前言
9.2定義和概念
9.3循環載荷的來源
9.4疲勞試驗
9.5疲勞損傷的物理本質
9.6S�睳麯綫的變化趨勢
9.7平均應力
9.8多嚮應力
9.9變幅加載
9.10小結
參考文獻
習題
第10章基於應力的疲勞：缺口
構件
10.1前言
10.2缺口效應
10.3缺口敏感度與kf的經驗估算
10.4估算長壽命疲勞強度（疲勞
極限）
10.5中、短壽命下的缺口效應
10.6缺口和平均應力的復閤效應
10.7S�睳麯綫的估算
10.8構件S�睳數據的使用
10.9避免疲勞失效的設計
10.10討論
10.11小結
參考文獻
習題
第11章疲勞裂紋擴展
11.1前言
11.2初步討論
11.3疲勞裂紋擴展速率試驗
11.4R=Smin/Smax對疲勞裂紋擴展的
影響
11.5疲勞裂紋擴展行為的變化趨勢
11.6恒幅加載的壽命估算
11.7變幅加載的壽命估算
11.8設計依據
11.9疲勞裂紋擴展中綫彈性斷裂力學的
塑性問題及限製
11.10環境裂紋的擴展
11.11小結
參考文獻
習題
第12章材料的塑性變形行為及相關
模型
12.1前言
12.2應力�燦Ρ淝�綫
12.3三維應力�燦Ρ涔叵�
12.4基於流變模型的卸載和循環加載
行為
12.5真實材料的循環應力�燦Ρ湫形�
12.6小結
參考文獻
習題
第13章塑性變形的應力�燦Ρ浞治�
13.1前言
13.2彎麯塑性
13.3彎麯的殘餘應力和殘餘應變
13.4圓軸的扭轉塑性
13.5帶缺口的構件
13.6循環載荷
13.7小結
參考文獻
習題
第14章基於應變的疲勞分析方法
14.1前言
14.2應變�彩倜�關係麯綫
14.3平均應力效應
14.4多嚮應力效應
14.5結構件的壽命估算
14.6討論
14.7小結
參考文獻
習題
第15章與時間相關的行為：蠕變和
阻尼
15.1前言
15.2蠕變試驗
15.3蠕變的物理機製
15.4時間�參露炔問�與壽命估算
15.5在變化應力下的蠕變失效
15.6應力�燦Ρ洫彩奔涔叵�
15.7變化應力下的蠕變變形
15.8多嚮應力下的蠕變變形15.9工程構件的應力�燦Ρ浞治�
15.10材料中的能量耗散（阻尼）
15.11小結
參考文獻
習題
附錄A材料力學中精選主題的迴顧
A.1引言
A.2應力和撓度的基本公式
A.3截麵的性質
A.4梁的剪切、彎矩和撓度
A.5壓力容器、管和盤內的應力
A.6缺口彈性應力集中係數
A.7完全塑性屈服載荷
參考文獻
附錄B材料性能中的統計變量
B.1引言
B.2平均偏差和標準偏差
B.3正態分布或高斯分布
B.4材料性能的典型離散
B.5單側容限
B.6討論
參考文獻
部分習題答案
參考文獻

前言/序言

　　前言設計機器、車輛及機械結構時，為瞭保證設計的安全性、可靠性和經濟性，要求既要保證材料的有效使用，又要確保不發生結構失效。因此，對於本科工程專業學生來說，學習材料力學行為是非常閤適的，尤其是諸如變形、斷裂和疲勞等相關主題的知識。
　　本書可以用作大學三年級或四年級學生的關於材料力學行為課程的教材，也可以側重後麵的章節而作為一年級研究生的學習用書。本書涉及的範圍包括該領域的傳統主題，如材料試驗、屈服與塑性、基於應力的疲勞分析和蠕變。相對較新的斷裂力學和基於應變的疲勞分析也有所涉及，實際上進行瞭更為詳細的處理。對於一個具有學士學位的實踐工程師而言，本書提供瞭有助於理解相關主題的參考文獻資源。
　　本書重點介紹瞭工程設計者為避免結構失效而采用的分析方法和預測方法。這些方法是從工程力學的角度建立起來的，而且材料抵抗失效的能力可以通過屈服強度、斷裂韌度、疲勞或蠕變應力�彩倜�麯綫等性能指標進行量化。對材料性能數據的獲得方法有所瞭解纔能閤理利用這些數據，因而它們的限製和意義是非常明顯的。因此，在考慮分析方法和預測方法之前，通常要對各個領域中使用的材料試驗進行討論。
　　在所涉及的許多領域中，金屬材料的現有技術要比非金屬材料的現有技術發展得更為完善。然而，本書也適當包含瞭非金屬材料(如高分子材料和陶瓷材料)的數據和例子。高度各嚮異性的材料(如連續縴維增強復閤材料)也有所涉及，但隻是在有限的程度上進行瞭介紹。本書並沒有對這些復雜材料進行詳細的介紹。
　　在本序言的其餘部分，首先對本書最新版所做的變化進行瞭重點介紹。然後是為瞭幫助本書的讀者所進行的評論，這些讀者包括學生、教師和實踐工程師。
　　這一版中什麼是新的？相對於第3版，第4版全麵進行瞭改進和更新。在修訂過程中特彆引起關注的方麵如下：
　　�r每章末的習題進行瞭較大的修訂，35%是新增加的或者進行瞭很大的改動，總數由54增加到瞭659。在每章中，至少有33%的習題是新增加的或者進行過改動，這些修訂側重於教師最可能關注的更多基本主題。
　　�r這一版新增加的內容還有本書接近最後部分所給齣的近一半習題的答案，包括數值或一個新公式的建立過程。
　　�r對章末的參考文獻列錶重新進行瞭整理和更新，包含瞭最近的齣版物，含有材料性能數據庫。
　　�r對第10章中估算S�睳麯綫方法的處理進行瞭修訂，同時也進行瞭更新，反映瞭廣泛使用的力學設計教科書中所發生的變化。
　　�r在第12章中，對關於擬閤應力�燦Ρ淝�綫的例題進行瞭改進。
　　�r另外在第12章中，對多嚮應力的討論進行瞭精練，並且增加瞭一個新的例子。
　　�r對第14章中關於應變�彩倜�麯綫平均應力效應的主題給齣瞭修訂和更新的範圍。
　　�r關於多嚮應力下蠕變斷裂部分被移到瞭第15章的開頭部分，使之與時間�參露炔問�一起包括在內瞭。
　　前序課程基礎材料力學也稱為材料強度或變形體力學，主要介紹工程構件(如梁和軸)在綫彈性行為下的應力和應變分析方法。修完一門這類的標準課程(一般針對大學二年級學生)是學習本書的基本前提。附錄A中給齣瞭這一方麵的一些有用的復習和參考材料，同時也給齣瞭對完全塑性屈服分析的處理方法。
　　許多工程課程體係都包含一門關於材料科學的導論課程(一般也是針對大學二年級學生)，所涉及的主題包括晶體和非晶體結構、位錯與其他缺陷、變形機理、材料加工以及材料命名係統。建議學生提前瞭解這一領域的研究。然而，由於可能會錯過對這一前序課程的學習，因而在第2章和第3章對其進行瞭有限的介紹。
　　對於本書的學習，還需要有關基本計算的數學知識。許多工程實際例題和習題都需要用數值分析進行求解，這些數值分析方法包括最小二乘方麯綫擬閤法、方程迭代求解法和數值積分法。因此，具有有關這方麵的一些背景理論知識是非常有用的，能夠在個人計算機上進行繪圖和數值分析也是非常有益的。所需要的數值分析方法在關於這一學科的大多數導論性教科書［如在本書前言結尾處列齣的參考文獻Chapra (2010)］中都有所介紹。
　　參考文獻與參考書目錄每章的結尾都有一個參考文獻列錶，以便提供進一步閱讀和信息的來源。在某些情況下，對這些文獻列錶進行瞭分類，如分為一般參考文獻、材料性能文獻來源以及有用的手冊。對於在文中所提到的參考文獻，給齣瞭第一作者的名字及齣版年代，這有助於在該章的結尾處快速查到相應的參考文獻。
　　當使用其他齣版物的具體數據或插圖時，這些齣版物的來源是以方括號的信息來識彆的，如[Richards 61]或[ASM 88]，其中的兩位數字錶示齣版年代。所有這樣的參考文獻目錄，都列在瞭本書末尾的一個獨立章節中。
　　材料性能的描述對於具體材料的實驗數據，本書從始至終都是以大量的插圖、錶格、例題和習題的形式給齣的。這些實驗數據一直都是從實驗室中實際獲得的。然而，這樣做的目的隻是為瞭給齣典型數據，而不是給齣材料性能的綜閤信息。對於實際工程問題，應該根據需要查詢其他關於材料性能的文獻，例如在各章結尾處所列的文獻。另外，材料性能值都存在統計學上的差異，這在附錄B中已經進行瞭討論，因此本書或任何其他文獻來源給齣的典型值都需要適當謹慎地使用。
　　如果所給齣的材料性能數據都齣自於外來文獻，則這些文獻都將以參考文獻目錄的形式列齣。如果沒有給齣文獻來源，則這些數據齣自作者的研究或者來自於弗吉尼亞理工大學實驗課程所獲得的試驗結果。
　　單位本書以國際單位為主，但在大多數數據錶中，也包含瞭美國常用單位。在坐標圖中，標尺單位為國際單位或兩者兼而有之，隻是在幾種情況下，來自於其他齣版物的插圖保留瞭其原始形式，因而單位也保留瞭原始形式。大多數習題中以及文中所給數值都隻給齣瞭國際單位，在這些情況下使用雙重單位容易造成混淆。
　　力的國際單位是牛頓(N)，而美國單位是磅(lb)。應用韆牛頓(韆牛, kN)或韆磅(韆磅, kip) 經常是非常方便的。因而應力和壓力的國際單位是用牛頓/每平方米(N/m2)錶示的，在國際單位製中是以特殊名稱帕斯卡(Pa)命名的。在我們的應用中，采用百萬帕斯卡(兆帕，MPa) 通常是非常閤適的。則有1MPa=1MNm2=1Nmm2式中，有時采用後麵以毫米(mm)為單位的等價形式是非常方便的。在美國單位製中，應力通常用韆磅/每平方英寸(ksi)錶示。
　　上麵這些單位和其他常用單位以及轉換係數都已在文中做瞭介紹。為瞭說明這個錶的使用方法，讓我們將20ksi的應力轉換為MPa。因為1ksi等價於6 895 MPa，則有20ksi=20ksi6 895MPaksi=137 9MPa在相反方嚮的轉換方法中，除以等價值，則有137 9MPa=137 9MPa6 895MPaksi=20 0ksi注意到應變是無量綱的量，因而是沒有單位的。最常見的應變錶示方法就是直接采用長度變化與長度之間的比值，但有時也采用百分數，即ε%=100ε。
　　數學規則在大多數情況下，都采用標準規則。函數lg錶示以10為底的對數，函數ln錶示以e=2 718…為底的對數(即自然對數)。為瞭錶示幾個值當中最大的部分，則采用函數MAX()。
　　符號在期刊論文、其他書籍以及各種試驗標準和設計規範中，都會采用各種不同的符號來錶示所需要的某些變量。對於這種情況的處理方法是整本書中都采用一套一緻的符號，同時盡可能遵循最為常用的規則。然而，有時為瞭避免混淆，相對於常規用法可能會齣現幾種例外情況，或者會有所改變。
　　例如，K用來錶示斷裂力學中的應力強度因子，而不是用來錶示應力集中係數，應力集中係數則用k錶示。另外，H代替K或k來錶示描述某些應力�燦Ρ淝�綫的強度係數。符號S錶示名義應力或平均應力，而σ錶示一點處的應力，也可以錶示受均布應力作用的構件上的應力。除瞭在本書單獨部分齣現的不同用法之外，避免瞭符號的雙重使用。最常用的符號已列於書後。更詳細的符號列錶在每章臨近末尾處以新術語與符號的形式給齣。
　　用作教材構成本書的章節較多，以便盡可能使所選擇的研究主題更為寬泛。作為一學期的課程，至少要包含第11章以前的所有各章的內容，還要包括第15章的內容。這包括第1~6章的前言和迴顧等相關內容，還包括第7章中不含裂紋材料的屈服準則和斷裂準則。斷裂力學適用於第8章中的靜態斷裂以及第11章中的疲勞裂紋擴展。另外，第9章和第10章包含瞭基於應力的疲勞分析方法，第15章包含瞭蠕變。如果時間允許，一些關於塑性變形的主題可以從第12章和第13章中予以補充，也可以從第14章中基於應變的疲勞分析方法中予以補充。如果學生具有材料科學的背景，則可以不需要學習第2章和第3章，但第3 8節中關於材料選擇的內容仍是有用的。
　　某些章的特定部分內容並不是十分需要作為該章其餘部分的預備知識，它們對後麵各章也不是至關重要的。因此，雖然相關的主題從其自身而言是重要的，但如果需要的話，可以刪除或擱置，不會顯著影響本書的連續性。這些內容包括4 5節、4 6節~4 9節、5 4節、7 7節~7 9節、8 7節~8 9節、10 7節、11 7節、11 9節和13 3節。
　　完成第8章的斷裂力學內容之後，可以直接選擇進入第11章的學習，該章將斷裂力學內容擴展到疲勞裂紋擴展。這可以通過越過第9章和第10章中除瞭9 1節~9 3節之外的所有內容來實現。另外，雖然第12章~第15章相對高級的主題範圍是有限的，但仍然保持瞭內容的連貫性，仍存具有各種多樣化的選擇空間。例如，包含第14章中基於應變的疲勞分析方法的一些內容是非常有益的，而且針對這方麵的內容，需要第12章和第13章的一些內容作為預備知識。在第15章，15 1節~15 4節對於蠕變主題給予瞭閤理的介紹，除瞭第4章外，這部分內容不會對任何其他章節的內容産生明顯的依賴性。
　　關於教師的補充材料對於從事課堂教學工作的教師（如在學院機構工作）而言，可以獲得以下四種補充材料：（1）一套可以打印和可以下載的圖錶文件; （2）用於求解課本中除最簡單例題之外的所有問題的微軟Excel數字文件；（3）包含每章末近似一半習題的求解方法的指南，這些習題需要進行計算或進行復雜的推導；（4）涉及數值計算或建立一個新方程的所有習題的答案。這些補充材料均發布在一個安全的網站上，隻有被授權的教師纔可以獲取。
　　參考文獻［1］ASTM 2010 “American National Standard for Use of the International System of Units (SI): The Modern etric System,” Annual Book of ASTM Standards, Vol 14 04, No SI10, ASTM International, West onshohocken, PA ［2］CHAPRA,S C andR P CANALE 2010 Numerical Methods for Engineers, 6th ed , McGrawHill, New York

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