材料力学实验、仿真与理论 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

阚前华，张旭 著

图书标签:

• 材料力学
• 实验
• 仿真
• 理论
• 工程力学
• 力学实验
• 有限元
• 结构分析
• 教学
• 高等教育

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030565112

版次：01

商品编码：12323034

包装：平装

丛书名： 普通高等教育“十三五”规划教材

开本：16开

出版时间：2018-03-01

页数：208

正文语种：中文

内容简介

　　本书针对“材料力学”课堂的教学特点，借助数字化教材的优势，将理论、实验和数值仿真结合在一起，通过有限元仿真视频的方式将材料力学的几种典型的变形方式生动地呈现出来，通过非接触式应变测量技术将实验中试样的变形过程还原出来，极大地方便学生学习和加深理解。本书主要内容为绪论、轴向拉伸和压缩、扭转、弯曲、强度理论、组合变形、压杆稳定、交变应力-疲劳分析、材料力学性能的进一步研究和有限元软件分析常见错误。

目录

第1章 绪论
1.1 材料力学的研究对象
1.2 材料力学的任务
1.3 材料力学的基本假设
1.4 杆件的基本变形
1.5 材料力学实验及有限元模拟简介

第2章 轴向拉伸和压缩
2.1 拉压变形概述
2.1.1 拉压杆的内力
2.1.2 拉压杆的应力
2.1.3 变形和应变的概念
2.2 杆件拉伸和压缩的应力应变理论分析
2.2.1 拉压胡克定律
2.2.2 低碳钢材料拉伸时的力学性能分析
2.2.3 应力集中
2.3 杆件的拉伸和压缩实验
2.3.1 低碳钢和铸铁材料的拉伸实验
2.3.2 低碳钢和铸铁的压缩实验
2.3.3 含孔平板拉伸实验
2.4 拉伸和压缩行为的有限元模拟
2.4.1 金属材料拉伸过程模拟
2.4.2 金属材料压缩过程模拟
2.4.3 含孔平板拉伸过程模拟

第3章 扭转
3.1 扭转变形概述
3.2 薄壁圆筒的扭转实验
3.3 等直圆杆的扭转实验
3.4 杆件扭转行为的有限元模拟
3.5 杆件扭转的应力应变理论分析
3.5.1 薄壁圆筒扭转时的应力及变形
3.5.2 剪切胡克定律
3.5.3 等直圆杆扭转时的应力及变形
3.5.4 矩形截面杆扭转时的应力及变形

第4章 弯曲
4.1 弯曲变形概述
4.2 梁的纯弯曲实验
4.3 梁弯曲行为的有限元模拟
4.4 梁弯曲的应力应变理论分析
4.4.1 纯弯曲时梁横截面上的正应力
4.4.2 梁的切应力

第5章 强度理论
5.1 强度理论概述
5.1.1 单向应力状态
5.1.2 纯剪应力状态
5.1.3 平面应力状态
5.2 梁的强度校核有限元模拟
5.2.1 问题描述
5.2.2 有限元分析
5.3 强度理论
5.3.1 脆性断裂
5.3.2 塑性屈服
5.3.3 强度理论的统一形式

第6章 组合变形
6.1 组合变形概述
6.2 薄壁圆筒弯扭组合变形实验
6.3 薄壁圆筒拉扭（压扭）组合有限元模拟
6.3.1 问题描述
6.3.2 拉扭模型与相关参数
6.3.3 有限元分析
6.4 薄壁圆筒弯扭组合有限元模拟
6.4.1 问题描述
6.4.2 弯扭模型与相关参数
6.4.3 有限元分析
6.5 组合变形理论
6.5.1 拉伸和扭转
6.5.2 压缩和扭转
6.5.3 弯曲和扭转

第7章 压杆稳定
7.1 压杆稳定概述
7.2 压杆失稳实验
7.3 压杆失稳有限元模拟
7.3.1 问题描述
7.3.2 模型与参数
7.3.3 有限元分析
7.4 压杆稳定理论
7.4.1 两端铰支细长压杆临界力的欧拉公式
7.4.2 其他杆端约束下细长压杆临界力的欧拉公式
7.4.3 对欧拉公式的一些分析

第8章 交变应力-疲劳分析
8.1 概述
8.2 疲劳失效实验
8.3 梁的疲劳失效有限元模拟
8.3.1 ABAQUS疲劳分析简介
8.3.2 有限元分析
8.4 疲劳分析
8.4.1 疲劳极限
8.4.2 疲劳分析方法

第9章 材料力学性能的进一步研究
9.1 概述
9.2 应变速率和应力速率相关材料力学性能实验
9.3 温度相关材料力学性能实验
9.4 金属材料的蠕变和应力松弛实验
9.5 材料一些特殊力学性能的模拟
9.5.1 蠕变有限元模拟
9.5.2 带孔平板的热应力分析
9.6 材料力学性能评估方法
9.6.1 率相关理论
9.6.2 温度相关理论
9.6.3 蠕变和松弛理论

第10章 有限元软件分析常见错误
10.1 错误查看和分析
10.2 常见错误和解决方法
10.2.1 DAT文件常见错误和警告信息
10.2.2 MSG文件常见错误和警告信息
10.2.3 LOG文件常见错误和警告信息
10.3 小结
参考文献

材料力学实验、仿真与理论 本书简介 一、引言：连接理论与实践的桥梁 材料力学，作为工程科学的核心学科之一，其重要性不言而喻。它研究材料在各种载荷作用下的力学行为，是设计和制造各种工程结构、机械设备以及新材料的基础。然而，抽象的理论公式和复杂的数学推导，往往让初学者感到晦涩难懂。另一方面，真实的材料力学实验，虽然直观且富有启发性，但受限于设备、成本和时间，往往难以全面地涵盖所有重要的力学现象。而计算机仿真技术，则以其高效、灵活、可视化的特点，成为了连接理论与实践、弥补实验不足的强大工具。 本书《材料力学实验、仿真与理论》，正是应运而生，旨在为读者提供一个全面、深入、体系化的材料力学学习平台。我们深知，真正掌握材料力学，需要将理论知识、实验验证和仿真模拟融会贯通。本书力求打破传统教学模式的壁垒，将这三者有机地结合起来，形成一个完整的知识闭环，让读者在理解深刻理论的同时，也能通过亲身实践和模拟体验，掌握材料力学在实际工程中的应用。 本书的目标读者群非常广泛，包括但不限于： 高等院校相关专业的本科生和研究生： 为你们提供系统、前沿的材料力学知识体系，夯实专业基础。 从事工程设计、研发和生产的工程师： 为你们提供解决实际工程问题所需的理论指导、实验方法和仿真技巧。 科研人员和材料科学家： 为你们提供探索新材料力学性能、进行复杂结构分析的有力工具。 对材料力学感兴趣的爱好者： 为你们提供一个循序渐进、深入浅出的学习路径。 本书的编写宗旨是“理论先行，实验验证，仿真拓展，应用驱动”。我们将以清晰的逻辑、严谨的论证、生动的案例，引导读者深入理解材料力学的基本原理。同时，我们将精心设计一系列经典的、具有代表性的实验项目，让读者在动手操作中直观感受力学规律。更重要的是，我们将引入先进的计算机仿真技术，教授读者如何利用现代软件进行力学分析，预测材料和结构的响应，优化设计方案。本书强调知识的融会贯通，力求让读者在掌握理论知识的同时，也能具备运用实验和仿真解决实际工程问题的能力。 二、核心内容与编排特色 本书的结构安排紧密围绕“理论、实验、仿真”三个核心要素展开，力求做到内容翔实、逻辑清晰、循序渐进。 第一部分：理论基础与核心概念 在这一部分，我们将系统梳理材料力学的基本理论。内容将涵盖： 应力与应变： 这是材料力学的基石。我们将深入讲解内力、应力张量的概念，以及不同坐标系下的应力状态。同时，我们将详细阐述应变的概念，包括几何应变和物理应变，以及弹性、塑性变形的本质区别。我们将通过直观的图示和数学推导，帮助读者建立清晰的认知。 材料的本构关系： 线性弹性、非线性弹性、塑性、粘弹性等是描述材料行为的关键。本书将详细介绍胡克定律及其在各向同性材料中的形式，并引入广义胡克定律。对于更复杂的材料，我们将探讨非线性本构模型，如幂指数模型、Mooney-Rivlin模型等，并分析其适用范围。 杆件的轴向、扭转与弯曲： 这是材料力学中最基本、应用最广泛的三种受力情况。我们将分别讲解轴向拉压、扭转和弯曲产生的应力、应变和变形。对于弯曲，我们将深入分析剪力图、弯矩图的绘制方法，以及不同截面形状下的应力分布规律。 组合变形与应力分析： 实际工程中，构件往往承受多种载荷的组合作用。本书将介绍如何进行组合应力分析，包括叠加原理的应用。同时，我们将深入讲解应力圆和莫尔圆，用于求解任意截面上的应力分量，并介绍主应力、最大剪应力的概念。 强度、刚度与稳定性： 这是材料力学设计的三个基本准则。本书将阐述如何根据强度条件、刚度条件和稳定性条件进行构件设计，并介绍常见的失效模式，如屈服、断裂、失稳等。 能量原理： 虚功原理、最小势能原理等能量方法在求解复杂力学问题时具有重要意义。我们将介绍这些原理的应用，并展示如何利用能量方法求解变形和内力。 在理论讲解中，我们将穿插大量的例题，覆盖从基础到复杂的各类问题，并给出详细的解题步骤和思路，帮助读者巩固所学知识。 第二部分：经典实验与操作指南 实验是验证理论、培养工程感知的最佳途径。本书将精选一系列具有代表性的材料力学实验，并提供详细的操作指南和数据处理方法。实验内容包括： 材料单轴拉伸试验： 这是最基础也是最重要的材料力学实验。我们将详细介绍试验设备、试样制备、加载过程、数据采集（应力-应变曲线），以及如何从中获取材料的弹性模量、屈服强度、抗拉强度、延伸率等关键力学参数。 材料压缩试验： 针对不同材料（如混凝土、岩石）的压缩性能进行测试，理解其与拉伸性能的差异。 材料扭转试验： 测量材料在扭转载荷下的扭转角和扭矩，计算材料的抗扭刚度和剪切模量。 材料弯曲试验： 测量梁在不同弯矩作用下的挠度，验证弯曲理论，并测量材料的弯曲强度。 疲劳试验： 介绍材料在循环载荷作用下的损伤机制，理解S-N曲线，并进行疲劳寿命预测。 冲击试验： 测量材料在冲击载荷下的吸收能量，评估材料的韧性。 硬度试验： 介绍洛氏硬度、布氏硬度、维氏硬度等测量方法，并探讨硬度与强度的关系。 应力/应变测量技术： 介绍电阻应变片的使用方法，如何粘贴、引线，以及如何测量表面应力。 对于每个实验，本书将详细描述实验目的、实验原理、实验仪器、实验步骤、数据记录与处理方法，以及实验结果的分析与讨论。同时，我们将强调实验过程中的注意事项和安全规则。 第三部分：仿真技术与应用实践 计算机仿真已成为现代工程设计和分析不可或缺的工具。本书将引导读者掌握一种或多种主流的有限元分析（FEA）软件，并将其应用于材料力学问题的求解。内容将涵盖： 有限元分析基础： 介绍有限元法的基本思想，包括离散化、单元选择、插值函数、形函数、刚度矩阵组装、边界条件施加和求解等基本流程。 前处理（建模）： 教授如何使用CAD软件创建几何模型，如何在FEA软件中导入模型，以及如何进行网格划分（粗略网格、细化网格、不同单元类型）。 材料属性定义： 如何在仿真软件中定义材料的本构模型（线弹性、塑性、非线性等），输入材料参数。 载荷与边界条件施加： 如何施加各种类型的载荷（力、压力、位移、温度等），以及如何约束模型的自由度。 后处理（结果分析）： 如何查看仿真结果，包括位移云图、应力云图、应变云图，以及如何提取特定点的数值结果，并进行结果的解读和验证。 常见仿真案例： 杆件的轴向、扭转、弯曲仿真： 对比仿真结果与理论计算值。 梁的挠度和应力分析： 验证不同载荷和支撑条件下的梁的力学行为。 板壳结构的应力分析： 求解复杂形状结构的应力分布。 接触与摩擦仿真： 分析零件间的接触力及其影响。 屈曲与稳定性分析： 预测结构的失稳载荷。 疲劳寿命预测仿真： 评估结构在循环载荷下的耐久性。 断裂力学仿真： 分析裂纹扩展的趋势。 高温力学分析： 考虑温度对材料力学性能的影响。 仿真结果的验证与可靠性评估： 如何将仿真结果与理论计算、实验数据进行对比，评估仿真模型的可靠性。 本书将选择一款或几款主流的FEA软件（如ANSYS, ABAQUS, COMSOL等）作为示例，提供详细的软件操作教程和实战演练。我们将从简单的模型入手，逐步引导读者掌握复杂结构的分析方法。 第四部分：综合案例分析与前沿展望 在掌握了理论、实验和仿真技能之后，本书将通过一系列综合性的工程案例，将所学知识融会贯通，展现材料力学在解决实际工程问题中的强大威力。案例将涵盖： 桥梁结构的安全设计与分析 航空航天器结构的轻量化与强度设计 汽车零部件的碰撞安全与耐久性评估 生物医学材料的力学性能研究 新材料的力学性能表征与应用开发 这些案例将引导读者思考问题、分析问题、解决问题，并将理论、实验和仿真有机地结合起来。 此外，本书还将对材料力学的前沿研究方向进行展望，如： 智能化材料与结构 多尺度力学分析 先进计算力学方法 数据驱动的材料力学 三、本书的独特价值 三位一体的教学模式： 本书创新地将理论、实验和仿真有机结合，形成一个完整的学习闭环，打破了传统教学中理论与实践脱节的困境。 强调动手实践与应用： 大量的实验设计和仿真案例，鼓励读者主动探索，将知识转化为解决实际问题的能力。 循序渐进的学习路径： 从基础理论到复杂仿真，内容层层递进，确保不同基础的读者都能从中受益。 与时俱进的教学内容： 引入前沿的仿真技术和工程案例，帮助读者了解最新的行业动态和技术发展。 注重培养学生的工程思维： 引导读者不仅掌握“怎么做”，更理解“为什么这么做”，培养批判性思维和创新能力。 图文并茂，深入浅出： 采用丰富的图示、清晰的语言，力求将复杂的概念讲解得通俗易懂。 四、结语 材料力学是一门既古老又充满活力的学科。随着科技的飞速发展，材料的种类日新月异，结构的复杂程度不断攀升，对力学性能的要求也越来越高。在这样的时代背景下，掌握扎实的理论基础，熟练运用实验验证手段，精通先进的仿真分析技术，已成为每一位优秀工程师和科研人员的必备素养。 《材料力学实验、仿真与理论》不仅仅是一本书，它更是一个全面的学习平台，一个连接课堂与工程实践的桥梁。我们相信，通过本书的学习，读者将能够深刻理解材料力学的精髓，掌握分析和解决复杂力学问题的强大工具，从而在未来的学习和职业生涯中，展现出非凡的创造力和解决问题的能力。 我们期待本书能够成为您在材料力学领域探索之旅的得力助手，帮助您成为一名真正能够驾驭材料、设计未来的工程师。

评分☆☆☆☆☆

说实话，拿到《材料力学实验、仿真与理论》这本书时，我并没有抱太大的期望，毕竟“材料力学”这个词听起来就让人提不起兴趣。然而，当我翻开第一页，就被书中那股严谨而又不失活泼的学术气息所吸引。它并没有将理论知识堆砌成冷冰冰的文字，而是通过一个个精心设计的实验，将抽象的概念具象化。我尤其喜欢其中关于疲劳测试的章节，书中不仅解释了疲劳破坏的机理，还指导读者如何通过实验观察材料在反复加载下的微观变化。更让我拍案叫绝的是，这本书将前沿的仿真技术引入，使得原本需要耗费大量资源和时间的模拟过程变得触手可及。通过对实际案例的仿真分析，我能够直观地看到材料在不同载荷下的应力集中区域，以及可能的断裂点，这对于我后续的工程设计思路启发巨大。作者在理论推导部分也力求简洁明了，避免了冗余的数学证明，而是侧重于物理意义的阐述，让我能够快速抓住问题的核心。我会在接下来的学习中，重点攻克这本书关于断裂力学和屈服准则的部分，我相信这能为我日后的科研道路打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

一直以来，我对材料力学的理解都停留在书本上的公式和一些基础的实验操作。直到我读了《材料力学实验、仿真与理论》，我才真正体会到这门学科的魅力所在。《材料力学实验、仿真与理论》最大的亮点在于其融合了实验、仿真和理论三个维度，形成了一个无懈可击的学习闭环。书中的实验部分，不仅仅是简单的操作指导，更是深入浅出地解释了每一个实验背后的物理原理和数据分析方法。我通过阅读这部分内容，对各种材料的力学性能有了更直观的认识，比如材料的刚度、强度、塑性等。然后，它引入的仿真技术更是让我大开眼界。利用ANSYS等软件进行仿真分析，我不仅能够验证理论计算的结果，还能探索各种参数变化对材料性能的影响，这对于我将来进行产品设计和故障分析非常有帮助。举个例子，书中关于梁的弯曲仿真，通过改变梁的截面形状和材料属性，我能够清晰地看到应力分布的变化，这比单纯的公式计算要生动和深刻得多。理论部分的阐述也十分到位，逻辑清晰，语言精练，将复杂的概念解释得浅显易懂。我从中受益匪浅，对材料力学的理解层次也得到了显著提升。

评分☆☆☆☆☆

我一直觉得材料力学是一门偏向理论和计算的学科，但《材料力学实验、仿真与理论》这本书彻底改变了我的看法。它以一种非常独特的方式，将抽象的力学理论与具体的实验操作、前沿的仿真技术紧密结合起来。书中对于各种实验的描述，不仅仅是操作步骤，更是对实验现象背后原理的深入剖析，我通过阅读，对材料的力学行为有了更直观的感受，例如，书中关于材料韧性试验的讲解，详细描述了冲击载荷下材料断裂的微观机制，让我对脆性断裂和韧性断裂有了更清晰的区分。最让我惊叹的是，这本书将计算机仿真技术融入教学，让我得以在虚拟环境中模拟各种复杂的力学行为，例如，书中关于桥梁结构在风载作用下的仿真分析，让我能够直观地看到应力集中的区域和结构的变形趋势，这对于我理解结构稳定性有极大的帮助。理论部分的阐述也同样精彩，作者用生动的语言和形象的比喻，将那些曾经令我望而生畏的理论概念变得容易理解，例如，书中关于应力张量的讲解，通过三维图形和实际的力学模型，让我很快就掌握了这一核心概念。总的来说，这本书为我提供了一个全新的学习平台，让我能够从多个角度去理解和掌握材料力学，为我未来的学习和工作打下了坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直把我带入了一个全新的境界！我一直以为材料力学就是那些枯燥的公式和图表，但《材料力学实验、仿真与理论》完全颠覆了我的认知。它不仅仅是教你如何计算应力应变，更是让你理解这些力学原理是如何在现实世界中发挥作用的。书中的实验部分，详细地介绍了各种材料测试方法，从拉伸、压缩到弯曲、扭转，每一步都讲解得格外清晰，配以精美的图示，让我仿佛亲临实验室，感受金属、塑料、复合材料在不同载荷下的变形。最让我惊喜的是，它还将仿真技术巧妙地融入其中。通过有限元分析等软件，我得以在计算机上模拟各种复杂的受力情况，观察材料的应力分布，预测结构在极端条件下的表现。这不仅大大缩短了实验周期，更让我能够探索那些在现实中难以实现的极端场景，极大地加深了我对材料行为的理解。而且，书中的理论阐述也丝毫不含糊，将抽象的力学概念用生动形象的比喻和实际案例来解释，使得那些曾经让我头疼的胡克定律、泊松比等内容变得易于掌握。总而言之，这本书的结构设计非常合理，实验、仿真、理论三者相辅相成，共同构建了一个完整而深入的材料力学学习体系，对于我这样的初学者来说，简直是一本不可多得的宝藏。

评分☆☆☆☆☆

拿到《材料力学实验、仿真与理论》这本书，我最初的设想是，这可能是一本相对枯燥的教科书。然而，事实证明我的想法大错特错。这本书的编排非常巧妙，它并没有把理论知识孤立出来，而是将实际的实验操作和现代的仿真技术贯穿其中。我尤其欣赏书中的实验设计，它涵盖了从基础的拉伸试验到更复杂的冲击试验，每一步都讲解得十分详细，而且配有大量的图表和数据分析指导，让我能够轻松地理解实验目的和结果的意义。让我感到兴奋的是，这本书将计算机仿真技术巧妙地融入了材料力学的学习中。通过对书中提供的一些仿真案例进行学习，我开始接触到如何使用有限元软件来模拟材料在各种复杂载荷下的行为。这让我意识到，在现实工程设计中，仿真分析的重要性远超我的想象。它能够帮助我们提前预测材料的失效模式，优化结构设计，甚至在没有实际样品的情况下进行性能评估。书中的理论部分也做得十分出色，将复杂的力学原理用通俗易懂的语言进行解释，并结合实际工程案例，让理论知识不再是空中楼阁，而是有血有肉的应用。总的来说，这本书为我提供了一个全新的学习视角，让我能够以更全面、更深入的方式去理解和掌握材料力学。