【暢銷改訂版】世界第一簡單材料力學

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末益博志
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具体描述

理工科救星!
漫畫掌握材料力學
邁向頂尖科技大學;橫掃所有理工科系
擺平理論與實務問題,
平衡物理與化學性質。
 
臺灣大學工程科學及海洋工程學系教授林輝政 審訂
 
易懂漫畫打好基礎,貫通力學理論與實際材料!
理工科學生必修的材料力學盡在本書!
 
  機械設計與製造、微機電系統、機械工程、土木工程、建築設計、一般製造業……
  理工科學生的夢想,從材料力學出發!
  設計圖不只是空想,
  材料力學就是所有具體建物的藍圖!
 
  材料力學是機械工程學的重要領域,製作安全結構體的基礎學問。
  不懂材料力學,理工科畢不了業!
 
  製作物品該如何選擇材料,設計結構?
  不同的製作方式,會造就不同的物品性能?
  技術性的製造工程,其實處處是理論!
 
  參透材料性質,追求完美「力平衡」,讓物品「耐操,好擋,拼第一」!
  本書從簡單的書架製作出發,
  告訴你材料力學的一切!
 
  力是具有大小、方向的物理量?
  物體處於靜止狀態,也有力在作用?
  「力」有哪幾種?
  壓縮力、拉力、張力、剪力與扭力有何差別?
  如何分析物體所承受的作用力,以及「力流」?
  什麼是安全係數,安全係數越大越好嗎?
  1kg物體所承受的重力記為1kgf?
  1N(牛頓)是讓質量1kg的物體產生1m/s2加速度的力?
  翹翹板是力矩的作用?
  用相同力道按壓枕頭,不同方向的力會造成不同的變形?
  物體的變形種類其實有很多?作用的力與計算方式皆不同?
  如何考慮各種作用力,計算長椅板材所需的厚度?
 
讀者好評不斷
 
  ★★★因為想複習自在大學學習過以後就沒在學習的材料力學而買了這本書。用漫畫呈現很好懂,要點處也是用數學公式來說明,讓我回想起很多知識,對複習來說是一本很好的書。
 
  ★★★我的職業是與材料力學相關。已經從事相關工作四十年以上。為了要教導下屬,對於入門書是如何寫的很有興趣。雖然漫畫有部分會讓人感覺到沉悶,但必要事項都有解說到,對初學者來說很有助益。
 
  ★★★在工作上必須要使用到應用力學,處在只能一個人學習、記憶的狀態下,雖然也有參考一般書籍,但都是文字,要理解很花時間。若還要教人應用力學,就更令人頭大,那時候我找到了這本書,因為有漫畫說明,很容易想像。
 
  ★★★可以一手拿著咖啡輕鬆閱讀難以掌握的材料力學。
 
  許多人都無法將力學理論運用於實際材料,因而覺得材料力學很難,但本書以漫畫方式來解釋材料力學,使之清楚易懂,讓讀者從力的基礎知識出發,探討物體的變形、應力、材料強度和力學性質以及材料力學的應用,不只解說理論,更教導各種力的計算方式,讓讀者打好基礎、精確計算,朝製造業、設計業、建築業甚至是學界,一步步邁進,學好材料力學! 
探索材料世界的深层奥秘:一本侧重概念理解与工程实践的力学导论 书名:【深入浅出】工程材料力学原理与应用 内容简介: 本书旨在为工程技术人员、科研工作者以及高等院校相关专业的学生提供一个全面而深入的材料力学学习平台。我们摒弃了繁复晦涩的数学推导,转而专注于构建清晰、直观的物理图像,强调核心概念的内在逻辑与工程实践中的应用能力。全书结构严谨,内容覆盖了传统材料力学中的关键知识点,并融入了当代工程领域对材料行为理解的新视角。 第一部分:基础理论的坚实奠基 本书的开篇,我们首先着力于奠定坚实的理论基础。不同于侧重于公式记忆的传统教学模式,我们强调对“应力”和“应变”这两个核心概念的物理意义的透彻理解。 第一章:静力学基础与内力分析 本章从经典的静力学平衡原理出发,系统性地回顾了受力分析的基本方法。重点在于如何精确地建立结构与荷载之间的关系。我们详细阐述了截面法在计算梁、杆件内部轴力、剪力和弯矩中的应用。书中通过大量的工程实例,如桥梁的桁架分析、复杂机械零件的受力分解,帮助读者建立起“内力是抵抗外力的内在反应”的直观认识。特别地,我们引入了主静力平衡方程的概念,强调在三维应力状态下,力的平衡是分析一切内部响应的起点。 第二章:应力状态与应力分析 应力是材料力学的灵魂。本章深入探讨了应力状态的描述,包括正应力与剪应力。我们详细解释了柯西应力四面体的几何意义,并阐述了如何通过旋转坐标系来求解任意截面上的应力分量。最核心的部分是应力变换原理,我们采用几何直观的方法(如莫尔圆)来揭示应力在不同截面上的变化规律,明确了主应力的物理意义——即不存在剪应力的方向,它们代表了结构中最大的拉伸和压缩强度。 第三章:应变与本构关系 理解应变是连接力与变形的关键。本章首先界定了几何应变的概念,区别了线应变、角应变与剪应变。随后,我们将重点放在广义胡克定律——即材料的本构关系上。我们不仅介绍了各向同性材料的弹性常数(杨氏模量$E$、泊松比$mu$、剪变模量$G$)之间的内在联系,还对温度效应和非线性弹性的初步概念进行了探讨,为后续更复杂的材料模型打下基础。 第二部分:构件的变形与强度设计 在掌握了应力与应变的基本概念后,本书将焦点转向实际工程构件的响应分析。 第四章:轴向变形与稳定性 本章系统研究拉伸和压缩杆件的变形问题。除了计算伸长或缩短量外,我们投入大量篇幅讨论了静不定结构的解题方法,强调在求解超静定问题时,必须结合平衡方程和变形(或位移)相容方程。随后,本章引入了至关重要的压杆失稳理论——欧拉公式。我们深入剖析了临界力和柔度的概念,并讨论了不同约束条件对杆件稳定性的影响,强调了工程设计中“强度”与“刚度/稳定性”并重的原则。 第五章:扭转与圆截面构件 扭转是机械传动系统中的常见载荷形式。本章详细分析了圆轴和空心轴的扭转特性。我们推导了极惯性矩及其在扭转刚度计算中的作用。通过对扭转剪应力沿截面分布的分析,读者可以清晰地认识到材料在扭转变形中,外缘受到的应力最大。此外,本章还简要介绍了非圆截面扭转的限制与近似解法。 第六章:梁的弯曲理论 梁是结构中最基本的承重单元。本章是全书的重点之一。我们从纯弯曲开始,推导出弯曲正应力公式 $sigma = My/I$。我们详细解释了惯性矩 $I$ 的物理意义,即抵抗弯曲变形的能力。随后,我们转向剪应力分析,推导了剪力公式 $ au = VQ/It$,明确了剪应力在梁高方向上的分布特性(如矩形截面上的抛物线分布)。本章末尾,我们讲解了挠度与转角的计算方法,并引入了叠加原理来处理复杂荷载情况。 第三部分:应力状态的扩展与破坏准则 理解单个构件的受力是基础,但工程师必须预测材料在复杂应力场下的行为。 第七章:组合变形分析 现实中的构件往往同时承受轴向力、弯矩和扭矩。本章致力于将前述的单向应力分析方法进行集成。我们运用应力转换原理,计算出作用于构件上任意一点的等效应力。这是连接理论计算与材料破坏判据的桥梁。 第八章:材料的破坏准则与疲劳 强度理论是工程设计的核心依据。本章详细介绍了基于最大应力理论(Rankine)、最大剪应力理论(Tresca)和最大畸变能理论(Von Mises)的屈服判据。我们对比了这些理论的适用范围,并解释了为什么在延性材料设计中,Von Mises 理论通常被优先采用。 鉴于结构失效的普遍性,本章后续深入探讨了疲劳失效问题。我们解释了S-N 曲线的意义,引入了疲劳极限和安全系数的概念,并讨论了表面处理、应力集中等对疲劳寿命的关键影响。 第九章:能量法与结构位移 本章引入了更具普适性的能量方法来求解位移和挠度。我们详细讲解了单位力法(虚功原理)在求解梁和简单框架位移中的应用,并简要介绍了卡氏定理(弹性势能法)在静定和静不定结构分析中的强大能力。这种方法强调了做功与能量储存的关系,为理解更高级的结构分析方法(如有限元法的基础)提供了直观的视角。 结语:从计算到设计的飞跃 本书不仅是一本计算手册,更是一本思维训练指南。我们始终贯穿着一个核心理念:力学分析的最终目的是指导安全、经济的工程设计。书中穿插的“设计案例分析”部分,将理论知识转化为实际决策过程,帮助读者建立从“已知受力求应力”到“已知材料求安全尺寸”的完整闭环思维。学习者在掌握了这些基础原理后,将能更自信地面对实际工程中遇到的各种复杂的力学挑战。

著者信息

作者簡介
 
末益博志
 
  東京大學研究所工學系研究科博士課程修畢。現為上智大學名譽教授,工學博士。參與宇宙航空研究開發機構航空技術部構造‧複合材料技術研究單位。主要日文著作有《工業力學》《機械力學》(以上皆為實教出版);《複合材料力學入門》《最新材料力學》《先進複合材料工學》(以上皆為培風館出版)。
 
長嶋利夫
 
  東京大學研究所工學系研究科碩士課程修畢。現為上智大學理工學部教授、工學博士。主要日文著作有《meshfree method無網格法》(丸善出版)、《HPC程序設計》(歐姆社出版)。
 
譯者簡介
 
謝承翰
 
  大學一年級考上日本語能力測驗1級之後,為了增加自己的實務經驗而投身兼職日文譯者的行列,到目前已經累積數年的翻譯經驗。從偏向生活的美容保養,到較為專業的技術性文件以及專利契約書等等都有接觸過。與數家翻譯社有合作關係。
 
  目前邊於國立台中科技大學日本市場暨商務策略研究所就讀,邊從事日文譯者的工作。希望透過自己的努力,將書籍最真實的一面呈現給各位讀者。

图书目录

序章
共用社團教室!               

第1章  物體變形的力學 
1 施於物體的力    
運用向量(荷重)    
從反方向作用的力(反力)    
牢牢地支撐(支點)    
1N與1kgf    
不停轉動(力矩)    
蹺蹺板的作用力(力矩的基本認識)    

2物體的力平衡    
畫自由體圖   
力和力矩的平衡方程式    
三維空間的力學問題與自由度    

3桿子所承受的力        
橡皮擦的力與變形   
按壓(壓縮力)    
拉伸擴張(拉力、張力)    
彎曲(彎曲力矩與剪力)    
扭轉(扭力矩)

4物體的受力變形    
靜定問題以及超靜定問題    
微小變形與有限變形    
◆詳細計算過程(超靜定問題)    

第2章  應力 
1 物體內部也有作用力    

用假想的菜刀切斷!(內力和假想截面)    

2如何表示內力?    
什麼是應力?    
注意方向!(拉伸應力和壓縮應力)    
沿著截面位移的應力(剪應力)    

3應力如何產生?    
應力的向量分解(正應力與剪應力)    
莫爾應力圓    

4截面的應力分布不均,應力會隨位置改變    
面積公式不適用?(應力求法)    
利用Δ的應力計算公式    

第3章 應變和變形 
1如何表示變形程度?    

什麼是應變    
拉伸、壓縮的長度和直徑是多少?(正應變)    
表示物體的扭曲程度(剪應變)    

2 由應變了解變形    
扭轉變形與剪應變的關係    
彎曲變形與正應變的關係    

第4章 材料強度和力學性質 
1力和變形成正比    
製作不易損毀的物品(材料的力學性質)    
應力和應變成正比!(虎克定律)    
正應力和正應變的關係(楊氏模量)    
剪應力和剪應變的關係(剪切彈性模量)    
測量材料特性的方法    

2材料的支撐力有極限    
到達極限(破壞斷裂)    
能否恢復原狀?(彈性區和塑性區)    
設計的基準(屈服與強度)    

3具有韌性的材料與具有脆性的材料    
韌性與脆性(延性材料以及脆性材料)    

第5章 應力的計算方式 
1桿件的的拉伸與壓縮問題    

拉伸荷重與正應力的關係、伸長量的計算    

2桿件的扭轉問題    
扭力矩與剪應力的關係、扭轉角的計算    
什麼是rdrdθ?(微小面積的表示方法)    

3桿件的彎曲問題    
彎曲力矩和正應力的關係、曲率的計算    

第6章 材料力學的應用 
1為了製造不易損壞的結構體    

設計須知(不易損壞的結構體,製作步驟)    
正方形截面桿件的應力    
跳上去胡鬧?(衝擊力)    
長椅木板厚度的計算    

2不易變形的重要性    
什麼是剛性?    
加工使材料變得更堅固(挫曲)    

3怎樣的結構體才安全?    
考慮變因(安全係數)    
防範未然    

尾聲
‧附錄    
◆希臘字母與讀音    
◆國際單位制(SI)    
◆各種截面的截面慣性矩和截面系數    
◆詳細的計算過程(超靜定梁)
    
‧索引    

图书序言

  • ISBN:9786267172070
  • 叢書系列:科學視界
  • 規格:平裝 / 240頁 / 14.8 x 21 x 1.58 cm / 普通級 / 單色印刷 / 二版
  • 出版地:台灣

图书试读

 
  國高中時期所學習的物理知識,大致分屬兩個領域,一個是「記憶」、「理解」領域,另一個是「思考」領域。我們一直都運用這兩個領域來學習相關知識,但是卻往往只著重在考試成績,忘記物理知識的學習是未來工作的基石。考試成績並不能代表實力,但是努力準備考試對往後的發展一定會有所助益。大學能讓你在原有的知識基礎上進一步累積,變得「擅長工作」。考上哪所大學並不是重點,重要的是,我們將來如何善用機會,發揮所學。身為一個學習者,應該要抱持感恩之心,潛心向學,活用所學。
 
  若你大學選擇就讀與機械相關的科系,你將會接觸到專業的物理力學科目,例如:工程力學、機械力學、材料力學、流體力學、結構力學、熱力學等,這些科目都以牛頓力學為基礎,透過數學運算展開。製造業多會將這些專業的物理力學,靈活運用於工序、產品設計,進行產品製造。當然,實際作業中,某些部分無法用這些科目來囊括,工作現場的專業技能,也許未來能透過電腦運算,將這些技能系統化。有許多學生向我反應,材料力學不易理解。大多數學生無法將力學理論運用於實際材料,因而覺得材料力學很難,但本書卻以漫畫形式,將材料力學解釋得清楚易懂,我非常期待讀者能透過本書得到良好的學習效果。希望讀者能夠在閱讀的過程中,透過有趣的漫畫,掌握枯燥乏味的材料力學,學好材料力學。如此一來,身為作者的我將感到無比欣慰。
 
  最後,容我向共同完成此書的長利夫老師道謝,以及盡力於企劃、編輯,更提供我許多寶貴意見的歐姆社股份有限公司開發部的成員,隸屬office-sawa工作室,負責繪製漫畫的澤田佐和子小姐,以及茂竹繩小姐等相關人員,致上由衷的感謝。
 
末益博志

用户评价

评分

我對這種強調「暢銷」的書籍,通常抱持著一種審慎的樂觀態度。暢銷意味著它確實解決了大多數人的問題,至少在市場上得到了驗證。但在工科領域,跟著大眾走有時候並不安全,畢竟材料力學的理論是鐵板釘釘的,錯誤的觀念一旦紮根,後患無窮。所以,我會特別留意它對幾個核心概念的處理深度:例如,如何區分線彈性與非線性行為、如何準確判斷結構的靜不定程度,以及斷面慣性矩的計算邏輯。如果它在這些基礎概念上含糊帶過,只強調解題技巧,那麼它的「暢銷」可能只是曇花一現。我更看重的是它在推導公式時,是否嚴謹地交代了所有假設條件,因為在實際工程應用中,判斷哪些假設可以忽略,哪些必須被嚴格遵守,才是決定設計安全與否的關鍵。

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說實話,台灣理工科的教材,有時候會不自覺地帶入一些特定學術圈的習慣用語,導致初學者在理解上產生隔閡。我對這本書最大的好奇點,在於它的「簡單」究竟是停留在表面功夫,還是真的貫穿了整本書的編寫哲學。我希望看到的「簡單」,不是忽略細節,而是用最直觀、最不繞彎子的語言去闡述複雜的概念。例如,在談到莫耳圓(Mohr's Circle)的時候,有些書會用非常高深的幾何證明去解釋,讓人腦袋打結。如果這本「改訂版」能夠用更接近工程師直覺的方式去講解這個工具的重要性,讓讀者理解它在判斷破壞準則時的實用性,而不是純粹的數學遊戲,那它就真的成功了一半。這需要作者對教學法有極深的掌握,不能只是把自己的知識傾倒出來,更重要的是如何「倒灌」給讀者。

评分

我最近在準備技師考試,材料力學是絕對的重頭戲,但市面上的解題書,很多都只給你標準答案和少少的幾步推導,然後就沒了。那種感覺就像是只給你魚,卻不教你怎麼釣魚。我特別關注那種「改訂版」的書籍,因為這通常代表著作者聽取了前一版讀者的回饋,針對那些讀者普遍反應「卡住」的地方進行了修正和優化。我對內容的期待是,它必須在嚴謹的理論基礎上,加入大量的「為什麼要這樣算?」的解釋。畢竟,背公式在材料力學裡是行不通的,你必須理解背後的物理意義,才能在題目稍微變化一下,例如改變載重條件或邊界約束時,還能迅速反應過來。如果這本書能提供足夠多的詳解,解釋每一步驟的物理意涵,並且針對常見的陷阱題型做專門的提醒,那它對我這種實戰派的讀者來說,價值就遠遠超過定價了。我希望它不只是本「讀物」,而是一本能陪我熬夜K書的「戰友」。

评分

從包裝上看,雖然我沒有拿到實體書,但從封面給予的「親民」印象來看,我猜測它的習題設計應該也偏向實務性。很多教科書的習題數字都很漂亮,計算起來很順手,但一到工地現場或實際設計時,遇到的數字往往都是亂七八糟,充滿小數點,這時候對計算工具的依賴性就很高。因此,我期待這本「世界第一簡單」的版本,能提供足夠多樣化的數值練習,而不僅僅是公式帶入題。最好是能有一些跨章節的綜合應用題,迫使讀者去整合前面學到的各種單元知識,模擬真實工程師的思考路徑。如果它能做到這一點,那麼它就成功地從一本「參考書」提升為一本「學習工具書」,真正幫助讀者建立起面對真實材料力學問題的信心,而不是只在考場上應付自如而已。

评分

這本書的封面設計,坦白講,一開始吸引我的並不是它那看似「世界第一簡單」的口號,而是那種樸實到有點不加修飾的排版風格。你知道嗎,很多教科書封面都弄得花花綠綠,試圖用視覺衝擊來暗示內容豐富,結果翻開來還是一堆看不懂的公式和艱澀的文字。但這一本,給我的感覺就是「來吧,我們一步一步來」,給人一種很親切的感覺,好像作者真的坐在你旁邊,準備手把手帶你入門。我對材料力學這門課的印象,通常就是一堆應力、應變、剪力圖,光是看那些希臘字母就頭痛欲裂。我之前找了好幾本參考書,不是太過學術化,簡直是為研究生寫的,不然就是太過簡化,根本無法應付考試的深度要求。這本書的切入點,我覺得很關鍵,它似乎意識到初學者最大的恐懼就是抽象的概念,所以它的圖解和範例的選擇,都非常貼近生活中的結構,雖然我還沒深入閱讀內文,但光從目錄的編排就能感受到一種循序漸進的邏輯性,讓人願意放下戒心,試著去了解這些看似冰冷的物理定律是如何支撐起我們周遭的鋼筋水泥。

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