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出版者:Springer

作者:Christian Laugier

出品人:

頁數:0

译者:

出版時間:2008-06-06

價格:USD 149.00

裝幀:Hardcover

isbn號碼:9783540754039

叢書系列:

圖書標籤:

• Robotics
• Field Robotics
• Service Robotics
• Autonomous Systems
• Mobile Robots
• SLAM
• Navigation
• Perception
• Computer Vision
• AI

《現代工程材料與結構設計》 內容提要 本書旨在為工程師、材料科學傢以及高年級本科生和研究生提供一個全麵且深入的視角，涵蓋現代工程領域至關重要的材料科學基礎、先進材料的特性、以及結構設計的核心原理與應用。本書的重點在於連接材料的微觀結構、宏觀性能與實際工程應用之間的橋梁，強調在復雜載荷和環境條件下進行可靠、高效結構設計的理論框架與實踐方法。 第一部分：工程材料基礎與本徵特性 第一章：工程材料的分類與組織結構 本章首先對金屬、陶瓷、聚閤物及復閤材料等主要工程材料類彆進行係統劃分和介紹。重點闡述材料的微觀結構——從晶體結構（點陣缺陷、位錯）到非晶態結構——如何決定其宏觀力學和物理性能。我們將深入探討相變動力學、晶粒尺寸對材料強度的影響（Hall-Petch關係），以及如何通過熱處理和加工工藝來調控微觀結構以實現所需的性能目標。 第二章：機械性能的定量分析 本章聚焦於材料的關鍵力學性能指標。內容包括彈性、塑性變形的本構關係，屈服準則（如Tresca和Von Mises標準）。對拉伸、壓縮、彎麯、剪切和扭轉等基本加載情況下的應力-應變響應進行詳細分析。疲勞和蠕變是本章的重點，討論低周疲勞（LCF）和高周疲勞（HCF）的機製，如Basquin、Coffin-Manson關係，以及Creep的三個階段（瞬時、穩態、加速）及其在高溫結構設計中的意義。斷裂韌性的概念，包括綫性彈性斷裂力學（LEFM）中的應力強度因子（$K_I, K_{II}, K_{III}$）和斷裂韌性（$K_{IC}$）的測定方法。 第三章：先進材料的物理與化學特性 本章涵蓋瞭除傳統結構材料之外的特種材料。詳細討論功能梯度材料（FGM）的梯度設計原理及其在熱應力控製中的應用。對導電、導熱材料的電子結構和晶格振動理論進行迴顧。重點分析智能材料，如壓電材料、磁緻伸縮材料和形狀記憶閤金（SMA）的熱力學驅動機製，及其在傳感器和執行器中的應用。同時，對生物相容性材料的錶麵化學和界麵行為進行探討。 第二部分：結構設計與性能預測 第四章：工程結構中的應力分析與校核 本章迴歸經典結構力學，但側重於現代復雜結構中的應力狀態評估。內容包括二維和三維應力狀態下的 Mohr 圓分析，以及應力集中現象在幾何突變處的影響。我們將深入探討梁、柱和殼體結構的屈麯行為，包括歐拉公式的適用範圍和非綫性屈麯分析的基礎。結構可靠性設計中的失效概率評估方法，如First-Order Reliability Method (FORM) 和 Monte Carlo 模擬的引入。 第五章：連接技術與結構完整性 現代工程結構往往依賴於先進的連接技術。本章詳細分析焊接、鉚接、粘接和復閤材料的層間連接的力學行為。焊接接頭的殘餘應力分布和熱影響區（HAZ）的材料性能退化是重點。對粘接界麵的剪切和拉伸載荷下的失效模式進行分析，並引入損傷容限設計（Damage Tolerance）的概念，評估結構在存在缺陷情況下的剩餘壽命。 第六章：復閤材料結構的設計原則 復閤材料因其高比強度和比剛度，在航空航天和汽車工業中應用日益廣泛。本章專門討論層壓闆的經典層閤闆理論（Classical Lamination Theory, CLT），包括剛度矩陣（[A], [B], [D] 矩陣）的推導。重點分析由不同鋪層角度引起的耦閤效應（拉伸-彎麯耦閤）。討論縴維/基體界麵的載荷傳遞效率，以及復閤材料特有的失效模式，如分層、基體開裂和縴維斷裂，並介紹 Tsai-Wu、Hashin 等失效準則在工程判斷中的應用。 第七章：熱力耦閤與環境效應 結構運行環境往往涉及復雜的熱載荷。本章處理熱應力與機械應力的耦閤問題。討論材料的熱膨脹特性與結構約束之間的相互作用，以及熱梯度引起的內部應力分布。同時，探討材料在極端環境中的行為，如材料的氧化、腐蝕（電化學腐蝕原理）、應力腐蝕開裂（SCC）的機製，以及紫外綫或高能輻射對聚閤物和復閤材料性能的長期影響。 第八章：優化設計與製造約束 結構設計不再是單一的強度校核，而是多目標優化問題。本章引入拓撲優化（Topology Optimization）的基礎理論，展示如何利用密度法或水平集方法在給定載荷和邊界條件下確定最優材料分布。討論製造工藝對設計可行性的約束，例如增材製造（3D打印）帶來的殘餘應力和微結構各嚮異性問題，以及如何將製造約束反饋至初始設計迭代中，實現設計-製造一體化（DfM）。 結語 本書通過對材料科學前沿與嚴謹的結構力學相結閤，旨在培養讀者在麵對新材料、新結構和復雜運行環境時，具備係統化的問題解決和創新設計能力。所涵蓋的主題麵嚮高性能、輕量化和高可靠性的現代工程需求。

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