機械工程概論  pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

章哲寰 

图书标签:

• 機械工程
• 工程概論
• 機械
• 工程學
• 基礎知識
• 入門
• 機械設計
• 製造工程
• 熱力學
• 流體力學

跨越边界：现代材料科学与工程应用 内容提要： 本书系统深入地探讨了现代材料科学的基础理论、前沿进展及其在工程领域中的广泛应用。内容涵盖了从原子结构到宏观性能的各个层面，重点聚焦于高性能合金、先进复合材料、功能性陶瓷以及智能材料的开发、表征与服役行为分析。全书结构严谨，理论阐述清晰，结合大量工程实例，旨在为材料工程师、机械设计师及相关科研人员提供一套全面、实用的知识体系。 --- 第一部分：材料科学的基石与微观结构控制 第一章：材料的本质——原子、晶体与微观结构 本章首先回顾了固体材料的微观构成，深入分析了晶体结构、晶格缺陷（点缺陷、线缺陷、面缺陷）如何决定材料的宏观力学、电学和热学性能。重点探讨了晶界工程的原理，阐述了如何通过控制晶粒尺寸和晶界特征来调控材料的强度、韧性和蠕变性能。引入了X射线衍射（XRD）和透射电子显微镜（TEM）等关键表征技术在微观结构分析中的应用方法。 第二章：相变动力学与热力学基础 详细阐述了材料的热力学平衡原理，包括相图的绘制与解读，着重分析了固态相变（如析出、扩散、有序-无序转变）的驱动力和动力学过程。引入了形核与长大理论，解释了快速凝固、热处理过程中微观组织演变的速度和机制。对于扩散在材料处理中的作用，进行了详细的数学建模和实例分析，特别是固溶强化和沉淀强化的微观机制。 第三章：机械性能的定量描述与本构关系 本章深入探讨了材料的力学响应，包括弹性、塑性、粘弹性、粘塑性等。在塑性变形方面，详细分析了位错运动、孪晶、加工硬化等机制，并引入了先进的本构模型，如Ramberg-Osgood方程、Voce方程以及描述高应变率下材料行为的Johnson-Cook模型。同时，对材料的断裂韧性（$K_{IC}$）、疲劳寿命预测（S-N曲线、Basquin关系、Coffin-Manson关系）和蠕变行为（Norton指数）进行了全面的梳理和计算方法的介绍。 第二部分：先进材料的开发与工程化 第四章：高性能金属材料的设计与冶金学 聚焦于现代工程中应用最广泛的金属材料，包括高强度钢、钛合金、镍基高温合金以及新型轻质合金（如镁合金、铝锂合金）。探讨了元素添加（合金化）对晶体结构和相稳定的影响。重点阐述了热机械处理（TMP）——结合轧制、锻造和热处理——如何实现“组织-性能”的精准控制，特别是用于航空发动机叶片和关键承压设备的超细晶粒或单晶材料的制备技术。 第五章：先进复合材料的力学行为与界面科学 复合材料是实现材料性能“定制化”的关键途径。本章详细分析了纤维增强复合材料（如碳纤维、玻璃纤维）和颗粒增强复合材料的力学性能预测模型，如混合律、应力分配模型。深入研究了界面（纤维与基体之间）的结合强度、脱粘和裂纹扩展行为，这是决定复合材料整体性能和服役寿命的核心要素。讨论了树脂基、金属基和陶瓷基复合材料（CMC）在极端环境下的应用挑战。 第六章：功能性陶瓷与电子材料 本章转向无机非金属材料。详细介绍了结构陶瓷（如碳化硅、氮化硅）的高温强度、抗氧化性和耐磨损特性。在功能陶瓷方面，重点分析了铁电材料、压电材料（如PZT）和半导体的电子结构与介电响应。讨论了烧结过程对陶瓷的致密化程度和残余应力的影响，以及薄膜沉积技术在制造传感器和微电子器件中的应用。 第七章：高分子材料的结构-性能关系与老化机理 探讨了聚合物的线性和交联网络结构如何决定其粘弹特性。分析了玻璃化转变温度（$T_g$）和熔点（$T_m$）对材料应用范围的限制。本章深入讲解了高分子材料的疲劳、蠕变及环境老化（如光氧化、水解）机理，并介绍了增塑剂、稳定剂等添加剂对材料长期稳定性的作用。 第三部分：材料的表征、服役与先进制造 第八章：材料的无损检测与性能表征技术 本部分聚焦于如何准确评估材料在制造、服役过程中的状态。详细介绍了超声波检测（UT）、声发射（AE）在实时监测材料损伤中的应用。对扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线光谱（EDS）和聚焦离子束（FIB）技术在微区成分分析和样品制备中的操作流程和数据解释进行了详尽说明。 第九章：极端环境下的材料失效分析 失效是工程实践中必须面对的问题。本章系统分类了材料的失效模式：腐蚀（电化学腐蚀、应力腐蚀开裂SCC）、磨损（粘着磨损、磨粒磨损）和高温失效（蠕变、热腐蚀）。通过大量工程案例，剖析了设计缺陷、制造工艺不当和环境因素耦合作用下的复杂失效路径，并提出了相应的失效预防和寿命预测策略。 第十章：增材制造（3D打印）中的材料科学挑战 探讨了选择性激光熔化（SLM）、电子束熔化（EBM）等增材制造技术在金属材料加工中的独特优势与材料挑战。重点分析了快速凝固导致的微观组织非平衡态问题，如柱状晶生长、残余应力累积和孔隙率控制。讨论了如何通过优化粉末特性和激光参数来保证3D打印件的宏观力学性能达到甚至超越传统锻造件的水平。 --- 本书特色： 本书结构遵循“微观结构 $ ightarrow$ 本构关系 $ ightarrow$ 材料设计 $ ightarrow$ 工程应用”的逻辑链条，力求理论深度与工程实践的完美结合。内容涵盖了21世纪材料科学的多个热点领域，特别是对新能源、航空航天和高端制造领域所需的特种材料进行了深入探讨。配有丰富的数学推导和工程案例分析，是从事材料研发、产品设计及质量控制的专业人员不可或缺的参考工具书。