工程材料力学行为（中文版 原书第4版) 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

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内容简介

本书以材料的力学行为为核心，概要介绍了金属材料、高分子材料、陶瓷材料、玻璃和复合材料的基本结构和变形特点，简单描述了材料的基本力学性能试验，包括拉伸试验、压缩试验、硬度试验、弯曲试验、扭转试验和缺口冲击试验，系统介绍了材料的塑性变形、断裂、疲劳、蠕变以及材料的应力应变本构行为。本书既介绍了一些经典的力学理论，如八面体剪应力屈服准则、大正应力屈服准则、大正应力断裂准则以及Coulomb-Mohr断裂准则，又介绍了一些经典的材料失效的力学分析方法，如以应力为基础的疲劳分析方法、以应变为基础的疲劳分析方法、基于时间-温度参数的蠕变寿命分析方法以及基于线弹性断裂力学的材料断裂分析方法。

目录

前言
译者的话
致谢
第1章概论
1.1前言
1.2材料的失效形式
1.3设计和材料选择
1.4技术挑战
1.5断裂的经济意义
1.6小结
参考文献
习题
第2章材料的结构与变形
2.1前言
2.2固体中的键
2.3晶体材料的结构
2.4弹性变形和理论强度
2.5非弹性变形
2.6小结
参考文献
习题
第3章工程材料概述
3.1引言
3.2金属材料的合金化与加工
3.3铁和钢
3.4有色金属及其合金
3.5高分子材料
3.6陶瓷和玻璃
3.7复合材料
3.8工程构件的选材
3.9小结
参考文献
习题
第4章力学试验：拉伸试验及其他
基本试验
4.1前言
4.2拉伸试验简介
4.3基于工程应力�灿Ρ涞牧ρ�性能
4.4拉伸力学行为的变化规律
4.5拉伸试验中的真实应力�灿Ρ�
4.6压缩试验
4.7硬度试验
4.8缺口冲击试验
4.9弯曲试验和扭转试验
4.10小结
参考文献
习题
第5章应力应变关系及行为
5.1前言
5.2变形行为模型
5.3弹性变形
5.4各向异性材料
5.5小结
参考文献
习题
第6章复杂应力应变状态及主应力
应变状态
6.1前言
6.2平面应力
6.3主应力和最大切应力
6.4三维应力状态
6.5八面体平面上的应力
6.6复杂应变状态
6.7小结
参考文献
习题
第7章复合应力下的屈服与断裂
7.1前言
7.2失效准则的一般形式
7.3最大正应力断裂准则
7.4最大切应力屈服准则
7.5八面体切应力屈服准则
7.6基本失效准则的探讨
7.7Coulomb�睲ohr断裂准则
7.8Mohr断裂准则的修正
7.9失效准则的补充说明
7.10小结
参考文献
习题
第8章含裂纹构件的断裂
8.1前言
8.2初步讨论
8.3数学概念
8.4应力强度因子K在设计和分析中的
应用
8.5关于应力强度因子K应用的补充
说明
8.6断裂韧度值及其变化趋势
8.7塑性区尺寸以及线弹性断裂力学
（LEFM）的塑性限制
8.8断裂韧度试验的讨论
8.9断裂力学在线弹性范围之外的推广
8.10小结
参考文献
习题
第9章材料的疲劳：概述和基于应力
的方法
9.1前言
9.2定义和概念
9.3循环载荷的来源
9.4疲劳试验
9.5疲劳损伤的物理本质
9.6S�睳曲线的变化趋势
9.7平均应力
9.8多向应力
9.9变幅加载
9.10小结
参考文献
习题
第10章基于应力的疲劳：缺口
构件
10.1前言
10.2缺口效应
10.3缺口敏感度与kf的经验估算
10.4估算长寿命疲劳强度（疲劳
极限）
10.5中、短寿命下的缺口效应
10.6缺口和平均应力的复合效应
10.7S�睳曲线的估算
10.8构件S�睳数据的使用
10.9避免疲劳失效的设计
10.10讨论
10.11小结
参考文献
习题
第11章疲劳裂纹扩展
11.1前言
11.2初步讨论
11.3疲劳裂纹扩展速率试验
11.4R=Smin/Smax对疲劳裂纹扩展的
影响
11.5疲劳裂纹扩展行为的变化趋势
11.6恒幅加载的寿命估算
11.7变幅加载的寿命估算
11.8设计依据
11.9疲劳裂纹扩展中线弹性断裂力学的
塑性问题及限制
11.10环境裂纹的扩展
11.11小结
参考文献
习题
第12章材料的塑性变形行为及相关
模型
12.1前言
12.2应力�灿Ρ淝�线
12.3三维应力�灿Ρ涔叵�
12.4基于流变模型的卸载和循环加载
行为
12.5真实材料的循环应力�灿Ρ湫形�
12.6小结
参考文献
习题
第13章塑性变形的应力�灿Ρ浞治�
13.1前言
13.2弯曲塑性
13.3弯曲的残余应力和残余应变
13.4圆轴的扭转塑性
13.5带缺口的构件
13.6循环载荷
13.7小结
参考文献
习题
第14章基于应变的疲劳分析方法
14.1前言
14.2应变�彩倜�关系曲线
14.3平均应力效应
14.4多向应力效应
14.5结构件的寿命估算
14.6讨论
14.7小结
参考文献
习题
第15章与时间相关的行为：蠕变和
阻尼
15.1前言
15.2蠕变试验
15.3蠕变的物理机制
15.4时间�参露炔问�与寿命估算
15.5在变化应力下的蠕变失效
15.6应力�灿Ρ洫彩奔涔叵�
15.7变化应力下的蠕变变形
15.8多向应力下的蠕变变形15.9工程构件的应力�灿Ρ浞治�
15.10材料中的能量耗散（阻尼）
15.11小结
参考文献
习题
附录A材料力学中精选主题的回顾
A.1引言
A.2应力和挠度的基本公式
A.3截面的性质
A.4梁的剪切、弯矩和挠度
A.5压力容器、管和盘内的应力
A.6缺口弹性应力集中系数
A.7完全塑性屈服载荷
参考文献
附录B材料性能中的统计变量
B.1引言
B.2平均偏差和标准偏差
B.3正态分布或高斯分布
B.4材料性能的典型离散
B.5单侧容限
B.6讨论
参考文献
部分习题答案
参考文献

前言/序言

　　前言设计机器、车辆及机械结构时，为了保证设计的安全性、可靠性和经济性，要求既要保证材料的有效使用，又要确保不发生结构失效。因此，对于本科工程专业学生来说，学习材料力学行为是非常合适的，尤其是诸如变形、断裂和疲劳等相关主题的知识。
　　本书可以用作大学三年级或四年级学生的关于材料力学行为课程的教材，也可以侧重后面的章节而作为一年级研究生的学习用书。本书涉及的范围包括该领域的传统主题，如材料试验、屈服与塑性、基于应力的疲劳分析和蠕变。相对较新的断裂力学和基于应变的疲劳分析也有所涉及，实际上进行了更为详细的处理。对于一个具有学士学位的实践工程师而言，本书提供了有助于理解相关主题的参考文献资源。
　　本书重点介绍了工程设计者为避免结构失效而采用的分析方法和预测方法。这些方法是从工程力学的角度建立起来的，而且材料抵抗失效的能力可以通过屈服强度、断裂韧度、疲劳或蠕变应力�彩倜�曲线等性能指标进行量化。对材料性能数据的获得方法有所了解才能合理利用这些数据，因而它们的限制和意义是非常明显的。因此，在考虑分析方法和预测方法之前，通常要对各个领域中使用的材料试验进行讨论。
　　在所涉及的许多领域中，金属材料的现有技术要比非金属材料的现有技术发展得更为完善。然而，本书也适当包含了非金属材料(如高分子材料和陶瓷材料)的数据和例子。高度各向异性的材料(如连续纤维增强复合材料)也有所涉及，但只是在有限的程度上进行了介绍。本书并没有对这些复杂材料进行详细的介绍。
　　在本序言的其余部分，首先对本书最新版所做的变化进行了重点介绍。然后是为了帮助本书的读者所进行的评论，这些读者包括学生、教师和实践工程师。
　　这一版中什么是新的？相对于第3版，第4版全面进行了改进和更新。在修订过程中特别引起关注的方面如下：
　　�r每章末的习题进行了较大的修订，35%是新增加的或者进行了很大的改动，总数由54增加到了659。在每章中，至少有33%的习题是新增加的或者进行过改动，这些修订侧重于教师最可能关注的更多基本主题。
　　�r这一版新增加的内容还有本书接近最后部分所给出的近一半习题的答案，包括数值或一个新公式的建立过程。
　　�r对章末的参考文献列表重新进行了整理和更新，包含了最近的出版物，含有材料性能数据库。
　　�r对第10章中估算S�睳曲线方法的处理进行了修订，同时也进行了更新，反映了广泛使用的力学设计教科书中所发生的变化。
　　�r在第12章中，对关于拟合应力�灿Ρ淝�线的例题进行了改进。
　　�r另外在第12章中，对多向应力的讨论进行了精练，并且增加了一个新的例子。
　　�r对第14章中关于应变�彩倜�曲线平均应力效应的主题给出了修订和更新的范围。
　　�r关于多向应力下蠕变断裂部分被移到了第15章的开头部分，使之与时间�参露炔问�一起包括在内了。
　　前序课程基础材料力学也称为材料强度或变形体力学，主要介绍工程构件(如梁和轴)在线弹性行为下的应力和应变分析方法。修完一门这类的标准课程(一般针对大学二年级学生)是学习本书的基本前提。附录A中给出了这一方面的一些有用的复习和参考材料，同时也给出了对完全塑性屈服分析的处理方法。
　　许多工程课程体系都包含一门关于材料科学的导论课程(一般也是针对大学二年级学生)，所涉及的主题包括晶体和非晶体结构、位错与其他缺陷、变形机理、材料加工以及材料命名系统。建议学生提前了解这一领域的研究。然而，由于可能会错过对这一前序课程的学习，因而在第2章和第3章对其进行了有限的介绍。
　　对于本书的学习，还需要有关基本计算的数学知识。许多工程实际例题和习题都需要用数值分析进行求解，这些数值分析方法包括最小二乘方曲线拟合法、方程迭代求解法和数值积分法。因此，具有有关这方面的一些背景理论知识是非常有用的，能够在个人计算机上进行绘图和数值分析也是非常有益的。所需要的数值分析方法在关于这一学科的大多数导论性教科书［如在本书前言结尾处列出的参考文献Chapra (2010)］中都有所介绍。
　　参考文献与参考书目录每章的结尾都有一个参考文献列表，以便提供进一步阅读和信息的来源。在某些情况下，对这些文献列表进行了分类，如分为一般参考文献、材料性能文献来源以及有用的手册。对于在文中所提到的参考文献，给出了第一作者的名字及出版年代，这有助于在该章的结尾处快速查到相应的参考文献。
　　当使用其他出版物的具体数据或插图时，这些出版物的来源是以方括号的信息来识别的，如[Richards 61]或[ASM 88]，其中的两位数字表示出版年代。所有这样的参考文献目录，都列在了本书末尾的一个独立章节中。
　　材料性能的描述对于具体材料的实验数据，本书从始至终都是以大量的插图、表格、例题和习题的形式给出的。这些实验数据一直都是从实验室中实际获得的。然而，这样做的目的只是为了给出典型数据，而不是给出材料性能的综合信息。对于实际工程问题，应该根据需要查询其他关于材料性能的文献，例如在各章结尾处所列的文献。另外，材料性能值都存在统计学上的差异，这在附录B中已经进行了讨论，因此本书或任何其他文献来源给出的典型值都需要适当谨慎地使用。
　　如果所给出的材料性能数据都出自于外来文献，则这些文献都将以参考文献目录的形式列出。如果没有给出文献来源，则这些数据出自作者的研究或者来自于弗吉尼亚理工大学实验课程所获得的试验结果。
　　单位本书以国际单位为主，但在大多数数据表中，也包含了美国常用单位。在坐标图中，标尺单位为国际单位或两者兼而有之，只是在几种情况下，来自于其他出版物的插图保留了其原始形式，因而单位也保留了原始形式。大多数习题中以及文中所给数值都只给出了国际单位，在这些情况下使用双重单位容易造成混淆。
　　力的国际单位是牛顿(N)，而美国单位是磅(lb)。应用千牛顿(千牛, kN)或千磅(千磅, kip) 经常是非常方便的。因而应力和压力的国际单位是用牛顿/每平方米(N/m2)表示的，在国际单位制中是以特殊名称帕斯卡(Pa)命名的。在我们的应用中，采用百万帕斯卡(兆帕，MPa) 通常是非常合适的。则有1MPa=1MNm2=1Nmm2式中，有时采用后面以毫米(mm)为单位的等价形式是非常方便的。在美国单位制中，应力通常用千磅/每平方英寸(ksi)表示。
　　上面这些单位和其他常用单位以及转换系数都已在文中做了介绍。为了说明这个表的使用方法，让我们将20ksi的应力转换为MPa。因为1ksi等价于6 895 MPa，则有20ksi=20ksi6 895MPaksi=137 9MPa在相反方向的转换方法中，除以等价值，则有137 9MPa=137 9MPa6 895MPaksi=20 0ksi注意到应变是无量纲的量，因而是没有单位的。最常见的应变表示方法就是直接采用长度变化与长度之间的比值，但有时也采用百分数，即ε%=100ε。
　　数学规则在大多数情况下，都采用标准规则。函数lg表示以10为底的对数，函数ln表示以e=2 718…为底的对数(即自然对数)。为了表示几个值当中最大的部分，则采用函数MAX()。
　　符号在期刊论文、其他书籍以及各种试验标准和设计规范中，都会采用各种不同的符号来表示所需要的某些变量。对于这种情况的处理方法是整本书中都采用一套一致的符号，同时尽可能遵循最为常用的规则。然而，有时为了避免混淆，相对于常规用法可能会出现几种例外情况，或者会有所改变。
　　例如，K用来表示断裂力学中的应力强度因子，而不是用来表示应力集中系数，应力集中系数则用k表示。另外，H代替K或k来表示描述某些应力�灿Ρ淝�线的强度系数。符号S表示名义应力或平均应力，而σ表示一点处的应力，也可以表示受均布应力作用的构件上的应力。除了在本书单独部分出现的不同用法之外，避免了符号的双重使用。最常用的符号已列于书后。更详细的符号列表在每章临近末尾处以新术语与符号的形式给出。
　　用作教材构成本书的章节较多，以便尽可能使所选择的研究主题更为宽泛。作为一学期的课程，至少要包含第11章以前的所有各章的内容，还要包括第15章的内容。这包括第1~6章的前言和回顾等相关内容，还包括第7章中不含裂纹材料的屈服准则和断裂准则。断裂力学适用于第8章中的静态断裂以及第11章中的疲劳裂纹扩展。另外，第9章和第10章包含了基于应力的疲劳分析方法，第15章包含了蠕变。如果时间允许，一些关于塑性变形的主题可以从第12章和第13章中予以补充，也可以从第14章中基于应变的疲劳分析方法中予以补充。如果学生具有材料科学的背景，则可以不需要学习第2章和第3章，但第3 8节中关于材料选择的内容仍是有用的。
　　某些章的特定部分内容并不是十分需要作为该章其余部分的预备知识，它们对后面各章也不是至关重要的。因此，虽然相关的主题从其自身而言是重要的，但如果需要的话，可以删除或搁置，不会显著影响本书的连续性。这些内容包括4 5节、4 6节~4 9节、5 4节、7 7节~7 9节、8 7节~8 9节、10 7节、11 7节、11 9节和13 3节。
　　完成第8章的断裂力学内容之后，可以直接选择进入第11章的学习，该章将断裂力学内容扩展到疲劳裂纹扩展。这可以通过越过第9章和第10章中除了9 1节~9 3节之外的所有内容来实现。另外，虽然第12章~第15章相对高级的主题范围是有限的，但仍然保持了内容的连贯性，仍存具有各种多样化的选择空间。例如，包含第14章中基于应变的疲劳分析方法的一些内容是非常有益的，而且针对这方面的内容，需要第12章和第13章的一些内容作为预备知识。在第15章，15 1节~15 4节对于蠕变主题给予了合理的介绍，除了第4章外，这部分内容不会对任何其他章节的内容产生明显的依赖性。
　　关于教师的补充材料对于从事课堂教学工作的教师（如在学院机构工作）而言，可以获得以下四种补充材料：（1）一套可以打印和可以下载的图表文件; （2）用于求解课本中除最简单例题之外的所有问题的微软Excel数字文件；（3）包含每章末近似一半习题的求解方法的指南，这些习题需要进行计算或进行复杂的推导；（4）涉及数值计算或建立一个新方程的所有习题的答案。这些补充材料均发布在一个安全的网站上，只有被授权的教师才可以获取。
　　参考文献［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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