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[日] 末益博志 等 著，滕永红 译

图书标签:

• 漫画
• 力学
• 材料力学
• 工程力学
• 教材
• 学习
• 应力
• 变形
• 结构
• 绘图

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030346384

版次：31

商品编码：12272371

包装：平装

丛书名： 欧姆社学习漫画

开本：16开

出版时间：2018-01-01

页数：232

正文语种：中文

内容简介

《漫画电气数学》以轻松有趣、通俗易懂的漫画及讲解的方式讲解了材料力学中相关知识，让人们在看漫画、听故事的过程中就能学习材料力学的相关知识。材料力学是研究材料在各种外力作用下产生的应变、应力、强度、刚度、稳定和导致各种材料破坏的极限。材料力学是所有工科学生必修的学科，是设计工作设施必须掌握的知识。我们日常使用的产品都是有各种材质做成的，如果不了解材料的性质而盲目设计，就会导致产品强度不够，不耐用，甚至还会有安全问题。我们如何才能知道材料是否合格呢？这就需要材料力学的知识。本书将用漫画介绍如何判断材料是否可用，以及材料的特质和其承受力的计算方法。以身边的题材为基础，介绍应着眼于哪一点，其中的复杂数学公式会用文字解释，通俗易懂

目录

序章活动室是共用房间！？

第1章 变形物体的力学
1 思考施加在物体上的力
灵活运用向量（载荷）
从反方向作用的力（反作用力）
牢牢地支撑着（支点）
1N与1kgf的大小
好像在滴溜溜地旋转（力矩）
回忆跷跷板（力矩的基础知识）
2 思考物体的力平衡
试着自己画一下吧（自由体图）
这些都是平衡的！（力和力矩的平衡方程式）
三维问题和自由度
3 杆件受到的力
橡皮擦的例子（力和变形）
被按压（压缩力）
被拉伸（拉伸力）
弯曲（弯矩和剪力）
扭转（扭矩）
4 物体受力会变形
静定问题和超静定问题
微小变形和有限变形
计算的详细过程（超静定问题）

第2章 应力
1 在物体内部也有作用力
用假想的菜刀切割！（内力和假想截面）
2 如何来表示内力
何谓应力？（应力）
注意方向（拉伸应力和压缩应力）
沿着截面位移的应力（剪应力）
3 应力是如何产生的
分解应力向量（正应力和剪应力）
莫尔应力圆
4 应力在整个面上分布不均，会因位置的不同而发生变化
只除以面积不行！？（应力的求法）
利用△表示应力的方法

第3章 应变和变形
1 如何表示变形程度
何谓应变？（应变）
拉伸和压缩时的长度和直径（正应变）
表示形状的扭曲（剪应变）
2 由应变知变形
扭转变形和剪应变的关系
弯曲变形和正应变的关系

第4章 材料的强度与力学性能
1 力和变形成正比
为了制作出不易损坏的东西（材料的力学性能）
应力与应变成正比（胡克定律）
正应力和正应变的关系（杨氏模量）
剪应力和剪应变的关系（剪切弹性模量）
材料特性的测定方法
2 材料的支撑力有极限
有极限（破断）
是否能恢复原状？（弹性区和塑性区）
设计的基准（屈服和强度）
3 具有柔韧性的材料和具有脆性的材料
柔韧性？脆性？（塑性材料和脆性材料）

第5章 应力的计算方法
1 思考杆件的拉伸、压缩问题
拉伸载荷和正应力的关系、伸长量的计算
2 考虑杆件的扭转问题
扭矩和剪应力的关系、扭转角的计算
rdrd是什么？（微面积的表示方法）
3 思考杆件的弯曲问题
弯矩和正应力的关系、曲率的计算

第6章 材料力学的应用
1 为了制造出不易损坏的结构体
在损坏之前要明白（制造不易损坏结构体的步骤）
截面为正方形的杆件的应力
跳跃、打闹！？（冲击力）
长凳木板厚度的计算
2 不易变形也很重要
何谓刚度？（刚度）
想办法使材料更结实（屈曲）
3 结构体在什么情况下是安全的
要考虑不确定性（安全系数）
将事故防范于未然
附录
希腊字母和读法
国际单位制（SI）词头
各种截面的截面惯性矩和截面系数
计算的详细过程（超静定梁）

《物理世界的精妙语言：结构、应力与变形的奥秘》 引言 在宏伟的建筑、精巧的机械、甚至我们赖以生存的自然界中，无处不闪耀着物质的内在秩序和力量的交织。当我们仰望巍峨的摩天大楼，赞叹其直插云霄的雄姿；当我们惊叹于飞机的翅膀如何在空中划过一道优美的弧线；当我们思考一座石桥如何能承载无数岁月的风雨，这些现象的背后，都隐藏着一套深刻而普适的物理规律。这本书，将带领您走进一个关于“材料力学”的奇妙世界，一个用严谨的数学语言描绘物质在力的作用下如何表现的学科。它不是关于绘画技巧或漫画创作的指南，而是关于理解支撑我们可见世界之下的无形力量，以及物质如何与之抗衡、适应甚至屈服的深刻洞察。 第一章：力与物质的初步对话——应力与应变 想象一下，你正用手捏住一根橡皮筋，然后用力拉伸。橡皮筋在你手中产生了“内应力”，这种力对抗着你的拉力，试图将它恢复原状。同时，橡皮筋的长度发生了“应变”，也就是形变。这就是材料力学最基本的概念：应力和应变。 应力，可以理解为物体内部单位面积上所承受的力。它告诉我们，物质内部的每个微小部分是如何相互挤压、拉扯或剪切的。我们将深入探讨不同类型的应力：正应力（如拉伸或压缩引起的垂直于截面的力）和剪应力（如刀刃切割或螺栓连接时作用在平行截面上的力）。每一种应力都对应着物质内部不同方向的受力状态。 应变，则是物体在应力作用下发生的相对形变。它描述了物质几何形状的变化程度。我们同样会区分正应变（长度的相对变化）和剪应变（角度的相对变化）。这两种概念看似简单，却是分析复杂结构行为的基石。 理解了应力和应变，我们就能开始“听懂”物质发出的信号。当一个物体受力时，它内部的应力分布会如何？这种应力又会导致怎样的形变？这些问题，是材料力学探索的起点。 第二章：物质的内在性格——材料的力学性能 不同的材料，面对同样的力，表现出的行为截然不同。一根铅丝会被轻易拉断，而一根钢筋却能承受巨大的拉力。这种差异源于材料力学性能的不同。 我们将详细介绍几种关键的力学性能参数： 弹性模量 (Young's Modulus)：衡量材料抵抗拉伸或压缩变形的能力。弹性模量越大，材料越“硬”，在相同应力下形变越小。 泊松比 (Poisson's Ratio)：描述材料在受拉伸或压缩时，横向应变与纵向应变之间的比例。想象一下拉伸橡皮筋，它会变窄，这就是泊松比在起作用。 屈服强度 (Yield Strength)：标志着材料从弹性变形（卸载后能恢复原状）进入塑性变形（卸载后会留下永久变形）的临界应力。理解屈服强度对于结构的安全设计至关重要。 抗拉强度 (Ultimate Tensile Strength)：材料在拉伸过程中能承受的最大应力。超过此值，材料将开始出现明显的颈缩，直至断裂。 断裂韧性 (Fracture Toughness)：衡量材料在存在裂纹时抵抗进一步扩展的能力。这对于判断材料在复杂工况下的安全性和寿命非常重要。 我们将通过应力-应变曲线这一强大的工具，直观地展示材料的力学性能。这条曲线就像材料的“指纹”，记录了它在受力过程中的“性格”变化，从弹性到塑性，再到最终的断裂。 第三章：受力分析的武器库——应力分析方法 要预测一个物体在受力后的行为，我们需要一套系统的方法来分析内部的应力分布。这就像外科医生在手术前需要了解身体内部的结构一样。 我们将会接触到几种基本的应力分析方法： 截面法：这是最直观的方法，通过“假想地”将物体切开，然后对截面进行受力平衡分析，来确定截面上的内力，进而计算应力。这是一种非常基础但极其重要的方法，贯穿于整个材料力学课程。 微元法：当分析对象的几何形状或受力情况变得复杂时，我们会引入微元法。将物体分解成无穷小的微元体，对微元体进行受力分析，建立微小的平衡方程，从而推导出更复杂的应力分布规律。 理论解与数值解：对于一些经典的、几何形状规则的受力问题，我们可以通过数学推导得到精确的“理论解”。而对于形状不规则、边界条件复杂的情况，我们则需要借助“数值解”的方法，如有限元分析（FEM），来近似计算应力分布。虽然本书侧重于理论基础，但也会提及这些现代分析工具的雏形。 这些分析方法，如同工程师的工具箱，帮助我们理解并预测复杂结构在各种载荷下的内部响应。 第四章：结构中的常见受力模式——拉伸、压缩、弯曲与扭转 我们的世界充满了各种各样的受力情况，但大多数都可以归结为几种基本模式： 拉伸与压缩：这是最简单的情况，例如绳子被拉紧，或柱子承受重力。我们已经初步接触了这些情况下的正应力。 剪切：如螺栓连接、铆钉受力，或者液体流动产生的内部力。剪切应力会使物体发生平移变形。 弯曲：当一个梁受到垂直于其轴线的力时，它会发生弯曲。梁的上部受压，下部受拉，同时梁的内部还会产生剪应力。弯曲是结构工程中最常见的受力形式之一，也是材料力学中重点讲解的部分。我们将深入分析弯曲应力和弯曲变形的计算方法。 扭转：当一个轴类构件受到扭矩作用时，会发生扭转。例如汽车的传动轴。扭转会导致构件内部产生剪应力，并发生扭转角变形。 理解这些基本受力模式，就如同掌握了观察世界的基本视角。我们将学习如何计算每种模式下的应力分布和变形，为工程设计提供理论依据。 第五章：屈曲——结构稳定性的挑战 当细长的压杆受到压缩力时，它可能不会仅仅是简单地缩短，而是可能突然发生侧向的大幅度弯曲，这种现象称为屈曲。屈曲是一种典型的稳定性破坏，与材料本身的强度密切相关，但更多地与结构的几何形状和受力方式有关。 我们将探讨导致屈曲的关键因素，如压杆的长细比、端部约束条件等。并介绍欧拉屈曲公式等经典理论，来预测压杆的临界屈曲载荷。理解屈曲现象，对于设计桥梁、高层建筑、飞机机翼等受压结构至关重要，避免发生灾难性的失效。 第六章：疲劳与蠕变——时间的考验 许多工程构件并非只承受一次性的载荷，而是长期处于循环载荷或高温环境下。这时，材料的疲劳和蠕变性能就变得尤为重要。 疲劳：即使在低于材料屈服强度的应力下，反复的循环载荷也可能导致材料逐渐产生微裂纹，并最终断裂。这种现象称为疲劳。我们将分析疲劳裂纹的萌生、扩展过程，以及影响疲劳寿命的因素，如应力幅、应力比、表面状态等。 蠕变：在恒定载荷和较高温度下，材料会随着时间的推移而缓慢变形，即使应力远低于屈服强度。这就是蠕变。高温下的 turbine 葉片、桥梁支撑等都需要考虑蠕变效应。我们将了解蠕变曲线的形态，以及影响蠕变速率的因素。 这两个概念展示了材料力学不仅仅关注瞬间的响应，更深入到时间维度，考察材料在长期服役条件下的行为。 第七章：组合变形与应力状态 在实际工程中，结构往往同时承受多种载荷，导致复杂的组合变形和多轴应力状态。例如，一个受到弯矩和扭矩共同作用的轴，会同时产生弯曲应力和剪应力，形成复杂的应力状态。 我们将学习如何将不同载荷产生的应力进行叠加，并引入广义胡克定律，来描述材料在多轴应力作用下的变形。理解主应力和主应力平面的概念，以及如何通过莫尔圆来分析和诊断复杂应力状态，是解决工程实际问题的关键。 结论 《物理世界的精妙语言：结构、应力与变形的奥秘》是一本致力于揭示物质内在规律的书籍。它通过严谨的理论推导和清晰的物理概念，带领读者深入理解材料在各种力学作用下的行为。从最基本的应力应变，到材料的内在性能，再到各种复杂的受力模式和长期服役下的挑战，这本书提供了一个全面而深刻的视角。它并非教授如何绘制图像，而是赋予防识和理解我们周围物理世界结构之美的能力，为未来的工程实践和科学探索奠定坚实的基础。掌握这些知识，你将能更深入地理解那些支撑我们现代文明的宏伟工程，以及我们周围自然界中令人惊叹的结构形态。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格非常专业，用词准确，逻辑性极强。它在讲解材料的本构关系时，对于各种假设和适用范围的界定非常清晰，没有留下任何模糊地带。我注意到它在介绍梁的挠度和应力计算时，引入了一些非常实用的近似方法，并且详尽地说明了这些近似在工程实际中的有效性边界。这本书的价值在于它提供了一个无懈可击的分析框架，它像一把尺子，让你能够精确地衡量和预测结构在各种载荷下的反应。阅读过程中，我完全没有在寻找任何与“漫画”或“视觉叙事”相关的元素，它完全沉浸在严谨的工程科学领域内。书中的插图，虽然都是标准的工程剖视图和力线图，但它们的绘制质量非常高，注释精准，对于快速定位关键信息帮助极大。整体感觉，这是一部可以被反复查阅的、关于基础力学原理的优秀参考书。

评分☆☆☆☆☆

这本书最大的特点，在于它对“结构稳定性”这一概念的深入剖析。它从欧拉公式的推导开始，细致地展示了细长杆件在压缩作用下失稳的临界点。在这一部分，作者没有采用快速的结论式陈述，而是通过空间几何的视角，一步步引导读者理解弯曲和屈曲的内在联系。这种深入浅出的论述方式，使得我对屈曲的理解达到了一个新的高度。书中对各种约束情况下的临界载荷计算表格和图示非常详尽，几乎涵盖了所有常见工程结构的要求。尽管全书从头到尾都没有涉及任何偏离严肃工程主题的元素，但其对复杂物理现象的解释能力，却达到了教科书的最高水准。它是一本实打实的力学教材，侧重于理论的严密性和应用的普适性，让读者专注于如何精确地处理材料的力学响应问题。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版布局是我非常欣赏的一点。它不像一些传统教材那样，把大段的文字和密集的公式堆砌在一起，而是巧妙地利用了大量的空白区域和图表。在讨论到材料的疲劳和断裂问题时，它不仅仅给出了理论解释，还穿插了一些历史案例的简要回顾，这让原本冰冷的力学知识变得有血有肉起来。例如，在讲解如何通过优化截面来提高结构承载力时，书中通过一系列精细的剖面图对比，直观地展示了不同几何形状带来的力学优势。虽然我非常期待看到某些特定的“漫画”形式的解析（这与书名可能产生的联想有关），但这本书提供的，更多是一种严谨但又高度视觉化的工程分析工具。阅读起来，体验非常流畅，每一个知识点之间过渡自然，完全没有那种生硬的“章节跳转感”。它更像是一本为工程师准备的工具手册，强调的是“如何应用”而非仅仅“是什么”。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计得相当有意思，采用了一种略带复古的插画风格，色彩搭配上显得既专业又不失活力。初次翻开，我本来以为这会是一本枯燥的教科书，但出乎意料的是，它在内容编排上花了大量心思去引导读者。开篇的章节并没有急于抛出复杂的公式，而是用一些非常生活化的例子来铺垫材料力学的基本概念，比如桥梁的受力、或者甚至是一把椅子在不同载荷下的形变。作者似乎非常擅长将抽象的力学原理“翻译”成读者能够理解的图像语言。它没有直接涉及任何关于“漫画材料力学”的特定内容，但它构建了一个非常扎实的基础框架，让人在理解如何分析结构受力时，感觉就像在阅读一本精美的技术图册。书中对不同材料特性的描述，特别是那些关于应力-应变曲线的讲解，配有清晰的图示，即便是初学者也能很快把握住核心要点。这种循序渐进的引导方式，让人觉得学习过程并非是啃硬骨头，而更像是在探索一个精密机械的内在逻辑。

评分☆☆☆☆☆

我发现这本书在处理复杂数学推导时采取了一种非常谨慎的态度。它似乎更倾向于让读者先建立起物理图像，然后再逐步引入必要的数学工具。这对于我这种不是专攻理论力学的读者来说，无疑是一个巨大的福音。例如，在涉及弹性力学基础的部分，书中通过一系列精美的二维模型图，展示了各种边界条件下的应力集中现象，那画面感极强，几乎不需要太多的文字辅助就能理解问题所在。它没有直接将内容与任何流行文化或绘画技巧联系起来，而是专注于将经典的材料力学知识点，以一种极其清晰和结构化的方式呈现出来。如果说有什么遗憾，那就是对于某些高级的主题，比如非线性材料行为的探讨，篇幅稍显不足，但作为一本入门或中级参考书，它的深度是令人满意的。它成功地将看似深奥的工程原理，转化为一系列可供观察和操作的“模型”。