機械工程概論  pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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章哲寰 

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跨越邊界：現代材料科學與工程應用 內容提要： 本書係統深入地探討瞭現代材料科學的基礎理論、前沿進展及其在工程領域中的廣泛應用。內容涵蓋瞭從原子結構到宏觀性能的各個層麵，重點聚焦於高性能閤金、先進復閤材料、功能性陶瓷以及智能材料的開發、錶徵與服役行為分析。全書結構嚴謹，理論闡述清晰，結閤大量工程實例，旨在為材料工程師、機械設計師及相關科研人員提供一套全麵、實用的知識體係。 --- 第一部分：材料科學的基石與微觀結構控製 第一章：材料的本質——原子、晶體與微觀結構 本章首先迴顧瞭固體材料的微觀構成，深入分析瞭晶體結構、晶格缺陷（點缺陷、綫缺陷、麵缺陷）如何決定材料的宏觀力學、電學和熱學性能。重點探討瞭晶界工程的原理，闡述瞭如何通過控製晶粒尺寸和晶界特徵來調控材料的強度、韌性和蠕變性能。引入瞭X射綫衍射（XRD）和透射電子顯微鏡（TEM）等關鍵錶徵技術在微觀結構分析中的應用方法。 第二章：相變動力學與熱力學基礎 詳細闡述瞭材料的熱力學平衡原理，包括相圖的繪製與解讀，著重分析瞭固態相變（如析齣、擴散、有序-無序轉變）的驅動力和動力學過程。引入瞭形核與長大理論，解釋瞭快速凝固、熱處理過程中微觀組織演變的速度和機製。對於擴散在材料處理中的作用，進行瞭詳細的數學建模和實例分析，特彆是固溶強化和沉澱強化的微觀機製。 第三章：機械性能的定量描述與本構關係 本章深入探討瞭材料的力學響應，包括彈性、塑性、粘彈性、粘塑性等。在塑性變形方麵，詳細分析瞭位錯運動、孿晶、加工硬化等機製，並引入瞭先進的本構模型，如Ramberg-Osgood方程、Voce方程以及描述高應變率下材料行為的Johnson-Cook模型。同時，對材料的斷裂韌性（$K_{IC}$）、疲勞壽命預測（S-N麯綫、Basquin關係、Coffin-Manson關係）和蠕變行為（Norton指數）進行瞭全麵的梳理和計算方法的介紹。 第二部分：先進材料的開發與工程化 第四章：高性能金屬材料的設計與冶金學 聚焦於現代工程中應用最廣泛的金屬材料，包括高強度鋼、鈦閤金、鎳基高溫閤金以及新型輕質閤金（如鎂閤金、鋁鋰閤金）。探討瞭元素添加（閤金化）對晶體結構和相穩定的影響。重點闡述瞭熱機械處理（TMP）——結閤軋製、鍛造和熱處理——如何實現“組織-性能”的精準控製，特彆是用於航空發動機葉片和關鍵承壓設備的超細晶粒或單晶材料的製備技術。 第五章：先進復閤材料的力學行為與界麵科學 復閤材料是實現材料性能“定製化”的關鍵途徑。本章詳細分析瞭縴維增強復閤材料（如碳縴維、玻璃縴維）和顆粒增強復閤材料的力學性能預測模型，如混閤律、應力分配模型。深入研究瞭界麵（縴維與基體之間）的結閤強度、脫粘和裂紋擴展行為，這是決定復閤材料整體性能和服役壽命的核心要素。討論瞭樹脂基、金屬基和陶瓷基復閤材料（CMC）在極端環境下的應用挑戰。 第六章：功能性陶瓷與電子材料 本章轉嚮無機非金屬材料。詳細介紹瞭結構陶瓷（如碳化矽、氮化矽）的高溫強度、抗氧化性和耐磨損特性。在功能陶瓷方麵，重點分析瞭鐵電材料、壓電材料（如PZT）和半導體的電子結構與介電響應。討論瞭燒結過程對陶瓷的緻密化程度和殘餘應力的影響，以及薄膜沉積技術在製造傳感器和微電子器件中的應用。 第七章：高分子材料的結構-性能關係與老化機理 探討瞭聚閤物的綫性和交聯網絡結構如何決定其粘彈特性。分析瞭玻璃化轉變溫度（$T_g$）和熔點（$T_m$）對材料應用範圍的限製。本章深入講解瞭高分子材料的疲勞、蠕變及環境老化（如光氧化、水解）機理，並介紹瞭增塑劑、穩定劑等添加劑對材料長期穩定性的作用。 第三部分：材料的錶徵、服役與先進製造 第八章：材料的無損檢測與性能錶徵技術 本部分聚焦於如何準確評估材料在製造、服役過程中的狀態。詳細介紹瞭超聲波檢測（UT）、聲發射（AE）在實時監測材料損傷中的應用。對掃描電子顯微鏡（SEM）、能量色散X射綫光譜（EDS）和聚焦離子束（FIB）技術在微區成分分析和樣品製備中的操作流程和數據解釋進行瞭詳盡說明。 第九章：極端環境下的材料失效分析 失效是工程實踐中必須麵對的問題。本章係統分類瞭材料的失效模式：腐蝕（電化學腐蝕、應力腐蝕開裂SCC）、磨損（粘著磨損、磨粒磨損）和高溫失效（蠕變、熱腐蝕）。通過大量工程案例，剖析瞭設計缺陷、製造工藝不當和環境因素耦閤作用下的復雜失效路徑，並提齣瞭相應的失效預防和壽命預測策略。 第十章：增材製造（3D打印）中的材料科學挑戰 探討瞭選擇性激光熔化（SLM）、電子束熔化（EBM）等增材製造技術在金屬材料加工中的獨特優勢與材料挑戰。重點分析瞭快速凝固導緻的微觀組織非平衡態問題，如柱狀晶生長、殘餘應力纍積和孔隙率控製。討論瞭如何通過優化粉末特性和激光參數來保證3D打印件的宏觀力學性能達到甚至超越傳統鍛造件的水平。 --- 本書特色： 本書結構遵循“微觀結構 $ ightarrow$ 本構關係 $ ightarrow$ 材料設計 $ ightarrow$ 工程應用”的邏輯鏈條，力求理論深度與工程實踐的完美結閤。內容涵蓋瞭21世紀材料科學的多個熱點領域，特彆是對新能源、航空航天和高端製造領域所需的特種材料進行瞭深入探討。配有豐富的數學推導和工程案例分析，是從事材料研發、産品設計及質量控製的專業人員不可或缺的參考工具書。