复合材料力学(第2版)(高等院校力学教材) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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沈观林 著

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店铺： 兰兴达图书专营店

出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302338222

商品编码：11294149002

包装：平装

出版时间：2013-10-01

塑性力学基础与应用 一、 引言 本书旨在系统介绍塑性力学的基本理论、分析方法和工程应用。塑性力学是研究材料在超出其弹性极限后发生不可逆变形的学科。与弹性力学关注材料的线性可恢复变形不同，塑性力学处理的是材料的永久变形，这在许多工程领域，如金属成形、结构破坏分析、岩土工程以及生物材料等，都具有至关重要的意义。理解和掌握塑性力学的原理，能够帮助工程师更准确地预测材料在极端载荷下的行为，设计更安全、更经济的结构和产品。 本书面向高等院校的机械工程、材料科学、土木工程、航空航天工程等相关专业的本科生和研究生，以及从事相关领域研究和工程实践的技术人员。本书力求在理论深度和工程应用之间取得平衡，既包含严谨的数学推导和概念阐述，又提供了丰富的实例和案例分析，以帮助读者将理论知识转化为解决实际问题的能力。 二、 核心理论体系 本书的理论体系构建遵循循序渐进的原则，从基础概念入手，逐步深入到复杂的分析模型。 1. 材料本构关系与屈服准则： 应力与应变张量： 详细阐述应力张量和应变张量的定义、分量表示及其在三维空间中的几何意义。重点介绍主应力、主应变的概念，以及应力球张量与偏应力张量、应变球张量与偏应变张量。 塑性变形的本质： 解释塑性变形与弹性变形的区别，引入塑性应变的概念，强调其不可恢复性。 屈服面： 深入探讨屈服面的几何意义，即材料开始发生塑性变形的应力状态边界。本书将介绍几种经典的屈服准则： Tresca 屈服准则（最大剪应力准则）： 阐述其基于剪应力最大化的物理直观性，推导其在主应力空间中的形式，并分析其适用范围，特别是在金属成形中的应用。 Von Mises 屈服准则（失圆准则）： 详细推导其基于偏应力张量第二不变量的数学形式，对比其与Tresca准则的异同，并说明其在工程分析中更广泛的应用，尤其是在各向同性材料的连续介质力学分析中。 Mohr-Coulomb 屈服准则： 重点介绍其在岩土工程和复合材料中的重要性，考虑了内摩擦角和粘聚力对屈服强度的影响，并详细推导其在主应力空间中的几何形状。 关联流动法则： 引入塑性势能的概念，阐述关联流动法则，即塑性应变增量的方向由屈服面（或塑性势函数）的法线方向决定。详细解释偏塑性应变率与屈服函数偏导数的关系，以及塑性功的增量。 非关联流动法则： 讨论在某些材料（如多孔介质）中可能出现的非关联流动现象，并介绍相应的处理方法。 硬化规律： 等向硬化（Isotropic Hardening）： 介绍屈服面随着塑性变形的发生而均匀膨胀的假设，讨论其数学模型，例如随塑性应变幅值变化的屈服面尺寸。 随动硬化（Kinematic Hardening）： 介绍屈服面在应力空间中平移的假设，讨论其数学模型，例如随塑性应变张量变化的屈服面中心。 混合硬化（Combined Hardening）： 介绍等向硬化和随动硬化的结合，以更精确地描述材料的复杂硬化行为。 塑性模量（Hardening Modulus）： 引入塑性模量的概念，描述应力与塑性应变之间的关系，并探讨其与材料的应变硬化率的关系。 2. 本构方程与数值计算： 塑性应变率张量与应力张量的关系： 基于屈服准则和流动法则，建立描述应力增量与塑性应变率增量之间关系的本构方程。 有限元方法在塑性分析中的应用： 增量法： 介绍采用增量法进行塑性分析的原理，即将整个变形过程划分为若干个小的增量步，在每一步中假设应力-应变关系为线性的。 本构矩阵的构建： 详细推导在增量法中用于数值计算的塑性本构矩阵（或切线刚度矩阵），包括全塑性情况和弹塑性混合情况下的表达式。 边界条件与载荷施加： 讨论在有限元模型中如何施加位移边界条件和载荷，以及如何处理动载荷。 收敛性问题： 分析塑性分析中的收敛性问题，例如牛顿-拉夫逊法及其变种，以及提高收敛速度的策略。 典型算例： 通过拉伸、压缩、弯曲、扭转等简单构件的塑性变形分析，演示有限元方法的应用流程。 三、 工程应用与案例分析 本书将理论知识与实际工程问题紧密结合，通过丰富的案例分析，展示塑性力学在各个工程领域的核心作用。 1. 金属成形（Plastic Forming of Metals）： 塑性挤压（Extrusion）： 分析挤压过程中材料的流动、应力状态以及模具的设计准则。 锻造（Forging）： 探讨自由锻、模锻过程中的材料变形机理、能量消耗和模具寿命。 轧制（Rolling）： 讲解板材、型材轧制过程中的应力分布、变形梯度和轧制力计算。 板料成形（Sheet Metal Forming）： 介绍冲压、拉深、弯曲等工艺过程中的应力应变分析，以及缺陷的预测和避免。 失效分析（Failure Analysis）： 结合成形过程中的局部屈服、应变集中和断裂，进行失效模式的分析和预测。 2. 结构强度与破坏分析（Structural Strength and Fracture Analysis）： 承载能力分析： 计算在超过弹性极限后的结构承载能力，例如连续梁、框架结构的极限承载力。 塑性铰（Plastic Hinge）的概念： 详细解释塑性铰在结构破坏中的作用，以及基于塑性铰理论的极限分析方法。 韧性断裂（Ductile Fracture）： 探讨在塑性变形过程中可能发生的韧性断裂，包括起始、扩展和最终断裂的机制。 断裂韧性（Fracture Toughness）与塑性区： 介绍断裂韧性在评价材料抗裂纹扩展能力中的作用，以及裂纹尖端塑性区对断裂过程的影响。 冲击载荷下的响应： 分析材料和结构在高速冲击载荷下的塑性变形和能量吸收能力。 3. 岩土工程（Geotechnical Engineering）： 边坡稳定分析（Slope Stability）： 应用Mohr-Coulomb屈服准则分析边坡的滑动破坏机理，计算安全系数。 地基承载力（Bearing Capacity）： 预测地基在承受集中荷载时的极限承载力，考虑土体的塑性流动。 隧道与洞室围岩稳定性（Tunnel and Cavern Stability）： 分析地下开挖引起的围岩塑性变形和失稳，指导支护设计。 土体压缩与固结（Soil Consolidation）： 尽管固结是时间相关的过程，但其最终阶段也涉及土体的塑性变形。 4. 其他应用领域： 生物材料力学： 探讨软组织（如血管、肌肉）在生理载荷下的非线性本构关系。 冲击吸收装置设计： 利用材料的塑性变形能力来设计能够吸收能量的装置。 焊接与热处理应力分析： 考虑焊接过程中产生的温度梯度和相变引起的残余应力，以及随后的塑性变形。 四、 进阶专题 在掌握了塑性力学的基础理论和基本应用后，本书还将触及一些进阶专题，为深入研究提供基础。 动态塑性力学（Dynamic Plasticity）： 考虑材料的惯性效应和应变率效应，分析高速变形下的行为。 损伤力学（Damage Mechanics）： 引入损伤变量，描述材料在塑性变形累积过程中发生的微观结构损伤，并预测其对宏观力学性能的影响。 弹塑性断裂力学（Elasto-plastic Fracture Mechanics）： 结合弹性力学和塑性力学，更全面地分析裂纹扩展和结构断裂。 非线性有限元方法（Nonlinear Finite Element Methods）： 讨论更高级的非线性有限元算法，处理大型变形、材料非线性和接触等复杂问题。 五、 结语 本书力求成为一本全面、深入且实用的塑性力学教材。通过理论与实践的结合，我们希望读者能够深刻理解塑性变形的本质，掌握分析和解决工程问题的能力，并在未来的学习和工作中，能够熟练运用塑性力学知识，推动相关工程技术的发展。本书的编写凝聚了作者的心血，难免有疏漏之处，恳请广大读者批评指正。

评分☆☆☆☆☆

作为一名在材料科学领域深耕多年的研究者，我一直在寻找能够系统深入地理解复合材料行为的教材。尽管我目前的研究方向并非直接聚焦于复合材料的力学分析，但其基础理论对于理解更广泛的先进材料体系至关重要。我一直在关注领域内的经典著作，希望能有一本能够既包含扎实的理论推导，又能展现其在实际工程应用中的价值。尤其令我感兴趣的是，这本书是否能够清晰地阐述不同类型复合材料（如纤维增强、层合板等）的力学响应差异，以及在不同加载条件下（如拉伸、压缩、弯曲、剪切）的应力应变行为。另外，我对如何将微观结构（如纤维排布、基体特性、界面行为）与宏观力学性能联系起来的解释也尤为期待。例如，当纤维的体积分数、长径比、方向发生变化时，复合材料的整体强度、刚度以及失效模式会呈现怎样的变化？能否有具体的案例分析来佐证这些理论？我希望这本书不仅能提供概念性的理解，更能通过严谨的数学推导和实例，帮助读者建立起从材料构成到最终力学表现的完整认知体系。

评分☆☆☆☆☆

作为一名经验丰富的工程师，我在实际工程项目中经常遇到需要评估和选择高性能材料的挑战。复合材料以其独特的优势，如高比强度、高比刚度以及设计灵活性，越来越受到重视。我一直在寻找一本能够帮助我更准确地预测复合材料在实际工作环境下的行为的参考书。我特别关注书中关于复合材料的损伤力学和断裂力学的章节。能否提供一套完整的理论框架来描述复合材料在应力集中、缺陷存在下的损伤累积过程，以及最终的失效判据？例如，书中是否会介绍一些常用的损伤模型，如Tsai-Wu准则、Hashin准则等，并对其适用范围和局限性进行讨论？此外，对于层合板的分析，我希望书中能够详细讲解不同铺层顺序对整体力学性能的影响，以及如何通过优化铺层设计来提高结构的抗冲击性、抗疲劳性。如果书中能结合一些实际的工程案例，如飞机蒙皮、风力发电机叶片等，详细分析其结构设计和材料选择的考量，那将是极大的帮助。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对新材料充满好奇的学生，尤其对那些能够突破传统材料瓶颈的新型材料体系感到着迷。复合材料作为一种典型的先进材料，其独特的结构和性能组合深深吸引着我。我希望这本书能够以一种易于理解的方式，介绍复合材料的基本构成和分类，比如碳纤维增强聚合物（CFRP）、玻璃纤维增强聚合物（GFRP）等。更重要的是，我希望书中能够清晰地阐述为何复合材料能够实现如此优异的力学性能，例如，纤维和基体各自扮演的角色，以及它们之间如何协同工作。书中如果能包含一些关于复合材料制备工艺的介绍，例如铺层、固化等，并解释这些工艺如何影响最终的材料性能，那将非常有益于我建立从生产到性能的完整认识。另外，我对复合材料在极端环境下的表现也感到好奇，比如高温、高湿、化学腐蚀等，书中是否会涉及这些方面的力学性能评估方法？

评分☆☆☆☆☆

我是一位专注于材料性能仿真和数值模拟的研究员，我的工作是利用计算方法来预测材料的行为。因此，我特别关注那些能够提供严谨数学模型和有效计算方法的教材。对于复合材料，我非常期待书中能够详细介绍其本构关系的建立过程，以及在不同尺度（微观、介观、宏观）下如何进行建模。例如，对于各向异性的复合材料，书中是否会提供通用的应力-应变关系推导，以及如何处理纤维和基体之间的相互作用？我特别关注书中是否会讲解如何将这些本构关系应用于有限元分析（FEA），以及如何处理复合材料中的界面问题和失效模拟。例如，如何有效地模拟纤维与基体之间的脱粘，或者层与层之间的分层？如果书中能够提供一些关于复合材料数值仿真的案例研究，例如模拟层合板在冲击载荷下的响应，或者预测复合材料结构的屈曲行为，那将对我当前的科研工作产生直接的指导意义。

评分☆☆☆☆☆

近期，我正在为一门面向本科生的“材料力学”课程寻找辅助教材，希望能够给学生们带来更丰富、更前沿的视角。虽然核心的材料力学知识点是必须涵盖的，但我更希望教材能触及到当前材料科学发展的一些热点和难点。对于复合材料，我非常关注其在轻量化和高性能方面的应用前景，尤其是在航空航天、汽车工业等对材料性能要求极高的领域。这本书如果能提供关于复合材料设计与选型的指导，哪怕是初步的原则介绍，都会非常有价值。例如，如何根据不同的载荷条件和性能需求，合理选择增强体、基体以及它们之间的界面处理方式？书中关于预测复合材料在复杂载荷下的疲劳寿命和断裂韧性的方法论，或者对各种失效模式（如基体开裂、纤维断裂、脱层等）的深入剖析，都将是吸引我将其引入课堂的重要因素。我还希望书中能够讨论一些先进的复合材料设计理念，例如多功能复合材料、智能复合材料等，即使只是触及皮毛，也能激发学生的学习兴趣和探索欲。