具体描述
本书介绍了计算机上常用的数值算法和程序设计技术，取材适当，由浅入深，通俗易懂，便于教学，全书共分8章，包括误差与算法、程序设计、方程求根、线性代数方程组的解法、数学物理方程的差分解法，每一节都配有一定数量的习题，书末还际有数值算例的C程序。
本书可作为高等学校工科各专业计算方法课程的教材，也可供工程技术人员及其他科技人员参考。
《工程材料学导论》：探寻物质的奥秘与应用 书籍定位： 本书旨在为工程、材料科学、化学以及相关领域的学生和专业人士提供一个全面而深入的材料科学基础知识框架。它不仅涵盖了传统材料（金属、陶瓷、聚合物）的基础理论，还拓展至新兴功能材料的最新发展，强调材料的微观结构、性能、加工以及在实际工程应用中的选择与设计原则。 核心内容结构： 本书共分为七大部分，共二十章，循序渐进地构建起对工程材料世界的认知。 第一部分：材料科学基础与原子结构（第1-3章） 第1章：工程材料的范畴与重要性 材料的分类与生命周期： 详细界述工程材料的传统分类（金属、陶瓷、聚合物）以及复合材料和智能材料的界限。讨论材料从原材料获取、加工制造、使用维护到最终回收或废弃的整个生命周期评估（LCA）理念。 工程设计中的材料选择： 阐述在特定载荷、温度、环境条件下，如何依据材料的力学、热学、电学特性进行初步筛选。介绍材料性能数据库的建立与应用。 第2章：晶体结构与缺陷 原子键合类型： 深入分析离子键、共价键、金属键和范德华力在决定材料宏观性质中的作用。讨论电子结构与材料导电性、磁性的内在联系。 晶体结构解析： 详细介绍布拉维点阵、晶体系统、晶胞概念。重点解析体心立方（BCC）、面心立方（FCC）和六方最密堆积（HCP）结构的特点、堆积因子及其对塑性的影响。 晶体缺陷的分类与影响： 详述点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）在扩散过程中的角色；线缺陷（位错）如何主导金属的塑性变形；面缺陷（晶界、堆垛层错）如何影响材料的强度和电学性能。 第3章：材料的热力学与动力学 热力学基础： 引入吉布斯自由能（G）在相变中的驱动力作用。讨论相图的构建原理，重点分析二元合金（如Fe-C系，Cu-Ni系）相图的解读方法，以及相变过程中原子扩散的机制。 扩散机制： 详细阐述菲克第一定律和第二定律在材料热处理和表面改性中的应用。讨论温度、浓度梯度和缺陷浓度对扩散速率的影响。 第二部分：金属材料（第4-7章） 第4章：金属的塑性变形与强化机制 滑移与孪生： 详细描述位错运动如何导致金属的宏观塑性变形。介绍临界分切应力（CRSS）的概念及其在晶体取向上的依赖性。 强化理论： 系统介绍提高金属强度的主要途径：晶粒细化强化（Hall-Petch关系）、固溶强化、加工硬化（形变强化）以及沉淀强化。 第5章：铁合金与钢材 相变动力学： 深入分析奥氏体、铁素体、渗碳体之间的转变过程。重点讲解珠光体、贝氏体和马氏体三种典型组织形态的形成条件、微观结构及性能差异。 钢的热处理工艺： 详细阐述退火、正火、淬火和回火的工艺流程、目的及对最终性能的影响。探讨淬火过程中的冷却速率控制与残余应力问题。 第6章：有色金属合金 铝合金： 重点关注Al-Cu系和Al-Mg-Si系合金的时效强化机理，及其在航空航天和汽车工业中的应用。 钛合金与高温合金： 探讨钛合金的密排结构与组织稳定性。介绍镍基高温合金中$gamma'$相的强化作用及其在涡轮叶片中的极端环境服役能力。 第7章：金属的连接与断裂 焊接冶金： 分析焊接过程中的热影响区（HAZ）的形成、组织变化及性能退化。 断裂力学基础： 引入线弹性断裂力学（Griffith理论、应力强度因子$K_I$）和弹塑性断裂力学（J积分、CTOD）。讨论疲劳断裂的萌生、扩展和最终断裂过程，包括S-N曲线的解读。 第三部分：陶瓷材料（第8-10章） 第8章：陶瓷的结构与制备 陶瓷的化学键与结构： 阐述陶瓷材料中离子键与共价键的比例，以及电中性原则对晶体结构的限制（如结构稳定性和配位数）。 粉体制备与成型： 介绍湿法化学合成、固相反应法制备高纯度粉体。重点阐述粉末冶金中的压制、烧结过程，以及烧结致密化过程中体积收缩的驱动力。 第9章：陶瓷的力学与电学性能 脆性与抗弯强度： 解释陶瓷高模量和高硬度但低韧性的原因。讨论韦勒分布（Weibull Distribution）在描述陶瓷强度不确定性中的应用。 功能陶瓷基础： 概述压电陶瓷（如PZT）的工作原理、铁电畴的反转现象及其在传感器中的应用。 第10章：先进陶瓷 结构陶瓷： 重点介绍碳化硅（SiC）和氮化硅（Si$_{3}$N$_{4}$）的耐高温和耐磨损特性。 生物陶瓷： 探讨生物相容性、生物活性材料（如羟基磷灰石）在骨修复领域的进展。 第四部分：聚合物材料（第11-13章） 第11章：聚合物的分子结构与合成 聚合反应类型： 区分加聚反应（自由基、离子型）和缩聚反应，并分析聚合度对分子量分布的影响。 分子链的构象与拓扑： 描述线性、支化、交联和网络结构聚合物的特点。引入高分子链的自由体积理论。 第12章：聚合物的形变与粘弹性 粘弹性行为： 深入解释聚合物的时效性、松弛和蠕变现象。讨论动态力学分析（DMA）如何表征聚合物的玻璃化转变温度（Tg）和熔点（Tm）。 结晶度与半结晶聚合物： 分析聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）中球晶的形成机制，以及结晶度对材料透明度、强度和溶胀行为的决定性影响。 第13章：聚合物的加工与应用 加工技术： 介绍注塑、挤出和吹塑等常见加工方法的原理，以及模具设计中流动性预测的重要性。 热固性与热塑性树脂： 对环氧树脂、酚醛树脂和工程塑料（如尼龙、聚碳酸酯）的应用领域进行对比分析。 第五部分：复合材料（第14-15章） 第14章：复合材料的基本原理 混合律与增强机理： 建立用于预测层合板宏观性能的混合律模型（平行与串联模型）。分析纤维增强复合材料（FRC）中应力传递的临界纤维长度概念。 纤维与基体设计： 探讨玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维的特性差异。分析金属基、聚合物基和陶瓷基复合材料的界面粘接要求。 第15章：层合结构与蠕变 层合板的分析： 介绍经典层合板理论（CLT）的基础，用于分析各向异性材料在双轴应力下的响应。讨论分层失效模式。 蠕变与疲劳： 针对复合材料在高温或长期载荷下的性能退化进行专项讨论。 第六部分：功能材料与表面工程（第16-18章） 第16章：电学与磁学材料 导体、半导体与绝缘体： 基于能带理论解释材料的导电特性。重点剖析硅、锗的掺杂改性技术。 磁性材料： 区分硬磁（永磁体）和软磁材料。阐述磁畴、居里温度和磁滞回线在永磁器件设计中的意义。 第17章：光学与电子材料 光学响应： 讨论材料的吸收、透射和反射光谱。介绍半导体中发光二极管（LED）的工作原理。 薄膜技术： 概述磁控溅射（Sputtering）和化学气相沉积（CVD）在制备功能薄膜中的应用及其对器件性能的影响。 第18章：腐蚀与表面防护 电化学腐蚀原理： 详细分析金属在不同环境中的阳极氧化和阴极反应。区分均匀腐蚀、点蚀和应力腐蚀开裂（SCC）。 防护技术： 介绍牺牲阳极保护、阴极保护、涂层技术以及缓蚀剂的作用机制。 第七部分：材料的计算模拟与前沿展望（第19-20章） 第19章：材料性能的计算模拟方法 尺度问题： 介绍从原子尺度到宏观尺度的模拟方法概览。 分子动力学（MD）模拟： 阐述MD如何模拟原子间的相互作用、扩散路径和晶体生长过程。讨论势函数的选择对模拟结果的精确性影响。 有限元分析（FEA）简介： 介绍FEA在预测结构件应力分布和断裂风险中的应用基础。 第20章：可持续发展与未来材料 绿色材料： 探讨可降解聚合物、生物基材料以及循环经济在材料科学中的重要性。 智能与自修复材料： 简述形状记忆合金（SMA）、压电/电活性聚合物（EAP）以及具有微胶囊自修复功能的涂层技术的前沿进展。 教学特色： 本书在每章末尾均附有“工程案例分析”栏目，通过真实的工程事故或突破性产品开发案例，引导读者将理论知识应用于解决实际问题。例如，分析泰坦尼克号船体钢材的脆性断裂、或现代集成电路封装中热膨胀失配问题，以加深对材料行为的理解。所有理论推导均配有详细的数学和物理背景说明，确保读者能够扎实掌握从微观到宏观的完整知识链条。
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