工程力學

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圖書描述

  工程力學主要探討靜力學及材料力學二部分,是工程學科的基礎,對於相關科係的學生來說,是一門非常重要的基本學問。為使讀者易學、易懂、易記,本書以條理分明為原則,銜接高中職與大學課程,利用簡明的觀念、清晰的重點與精要的解題技巧使讀者輕鬆掌握學習重點,相當適閤自習、準備就業考試、升學考試及授課之用。

  本書前半部分為靜力學,主要強化力學基本工具、力學基本概念、力係的閤成、剛體靜力平衡、重心、結構分析、摩擦學、慣性矩等觀念;後半為材料力學,詳細介紹材料在彈性範圍內的應力與應變、軸嚮負載構件、扭轉、剪力與彎矩、樑之應力、平麵應力、樑之撓麯、靜不定樑等觀念。

作者簡介

王聰榮

  學曆∕美國北愛荷華大學工程技術研究所博士
  現職∕國立颱北科技大學建築係專任教授

劉瑞興

  學曆∕國立颱北科技大學技職教育研究所碩士
  現職∕國立苗栗高級農工職業學校生物機電科教師

好的,以下是一本名為《現代材料科學導論》的圖書簡介,該書與《工程力學》的內容無關,並力求詳實自然。 --- 現代材料科學導論 探索物質世界的奧秘與未來 圖書名稱: 現代材料科學導論 作者: [此處可填寫真實作者或行業專傢的名字] 定價: [根據實際情況填寫] 頁數: 約800頁(精裝) --- 內容提要 《現代材料科學導論》是一本全麵、深入且具有前瞻性的教材與專業參考書,旨在為材料科學、化學工程、物理學、機械工程以及相關領域的研究人員、工程師和高年級本科生提供一個理解和掌握當代材料科學核心原理、前沿技術與未來發展趨勢的堅實基礎。 本書的獨到之處在於,它不僅僅停留在對傳統材料(如金屬、陶瓷和聚閤物)的微觀結構與宏觀性能的經典論述上,更將大量的篇幅聚焦於新興功能材料、智能材料以及可持續性材料的最新研究進展。全書結構嚴謹,邏輯清晰,力求在理論深度與工程應用之間找到完美的平衡點。 核心章節與內容深度剖析 本書共分為七大部分,涵蓋瞭材料科學的廣闊圖景: 第一部分:材料科學的基石與方法論(Foundations and Methodology) 本部分首先確立瞭材料科學研究的基本框架——結構、性能、加工與性能之間的相互聯係(即“材料四要素”)。我們詳細介紹瞭晶體結構基礎,深入探討瞭布拉格定律、晶格缺陷(點缺陷、綫缺陷、麵缺陷)的形成及其對材料性能的決定性影響。 在研究方法上,本書重點闡述瞭材料錶徵技術的最新進展。這包括高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)在原子尺度的成像能力、掃描隧道顯微鏡(STM)對電子態的直接觀測、X射綫衍射(XRD)在相分析中的應用,以及各種光譜學技術(如拉曼光譜、XPS)在化學鍵閤分析中的作用。我們力求使讀者理解,如何通過先進的錶徵手段“看見”材料內部正在發生的事情。 第二部分:結構材料的演進(Evolution of Structural Materials) 傳統結構材料的創新仍在繼續。在金屬材料章節,我們超越瞭簡單的鐵碳閤金,詳細分析瞭高熵閤金(HEAs)的設計原理、納米晶體金屬的超高強度來源,以及增材製造(3D打印)技術如何徹底改變瞭復雜金屬部件的微觀結構控製。 陶瓷材料的討論聚焦於非氧化物陶瓷(如氮化物、硼化物)在極端溫度和腐蝕環境下的應用。特彆地,本書深入解析瞭復閤材料的設計策略,從經典的縴維增強復閤材料到先進的納米粒子增強基體係統,探討瞭界麵控製在決定整體力學性能中的關鍵作用。 第三部分:軟物質與聚閤物科學(Soft Matter and Polymer Science) 聚閤物科學在現代生活中無處不在,本部分緻力於剖析高分子鏈的構象、分子間作用力以及它們如何共同決定材料的粘彈性行為。我們詳細介紹瞭動態力學分析(DMA)如何揭示聚閤物的玻璃化轉變溫度與鬆弛機製。 此外,生物相容性聚閤物和自修復材料是本部分的高潮。我們探討瞭模仿自然界細胞外基質的聚閤物水凝膠的製備及其在組織工程中的潛力,以及引入特定化學鍵(如動態共價鍵或超分子鍵)如何賦予材料在受損後恢復自身完整性的能力。 第四部分:功能材料的原理與應用(Principles and Applications of Functional Materials) 功能材料是現代科技的心髒。《現代材料科學導論》將大量篇幅獻給電、磁、光功能材料。 在半導體材料方麵,本書超越瞭矽基器件,詳細介紹瞭寬禁帶半導體(如GaN和SiC)在功率電子領域的革命性影響,以及二維材料(如石墨烯和過渡金屬硫化物)的獨特載流子輸運特性。 磁性材料章節重點關注自鏇電子學(Spintronics)。我們不僅迴顧瞭鐵磁性、反鐵磁性的基礎,更深入探討瞭磁性隧道結(MTJ)的巨磁阻效應(GMR)及其在下一代存儲設備中的應用。 壓電與熱釋電材料則被放置在一個強調能量轉換和傳感的背景下進行討論。 第五部分:能源材料的挑戰與機遇(Challenges and Opportunities in Energy Materials) 麵對全球能源轉型,本部分聚焦於如何通過材料創新驅動清潔能源技術。 儲能材料: 重點剖析瞭鋰離子電池(LIBs)的固態電解質設計、下一代鈉離子和鎂離子電池的材料瓶頸。對於超級電容器,我們分析瞭活性炭、導電聚閤物和金屬氧化物在高比錶麵積電極構建中的作用。 光伏材料: 除瞭傳統的晶體矽太陽能電池,本書對鈣鈦礦太陽能電池的效率提升、穩定性問題以及商業化路徑進行瞭深入的案例分析。 催化材料: 探討瞭多相催化劑的錶麵活性位點設計、光催化劑在水分解和汙染物降解中的機製。 第六部分:智能與響應性材料(Smart and Responsive Materials) 智能材料是連接物理世界與信息世界的橋梁。本書係統梳理瞭以下幾類材料的響應機製: 1. 形狀記憶閤金(SMAs)與聚閤物(SMPs): 側重於其應變恢復機製的相變熱力學描述。 2. 電活性與磁活性聚閤物(EAPs/MAPs): 分析其在軟體機器人和人工肌肉中的驅動原理。 3. 光響應材料: 探討光誘導的異構化、光熱效應在光刻和藥物控釋中的應用。 第七部分:可持續性與計算材料科學(Sustainability and Computational Materials Science) 最後一部分著眼於材料科學的未來方嚮。可持續性材料討論瞭如何設計可降解聚閤物、如何利用生物質資源開發高性能材料,以及材料的生命周期評估(LCA)方法論。 計算材料科學被視為加速材料發現的關鍵工具。本書詳細介紹瞭密度泛函理論(DFT)在預測材料電子結構和相穩定性中的基礎應用,以及材料基因組計劃(Materials Genome Initiative, MGI)如何結閤高通量計算和實驗,實現新材料的快速篩選與優化。 適用讀者 材料科學與工程專業學生: 作為核心課程教材或深入學習的參考書。 化學、物理、電子工程專業學生: 幫助理解其專業領域中材料特性的底層機製。 研發工程師與科研人員: 為從事功能材料、新能源技術、先進製造等領域的研究工作提供最新的理論支撐和技術視野。 本書的特點在於其詳盡的圖錶、豐富的案例分析,以及貫穿始終的理論與實踐相結閤的敘事方式,確保讀者在掌握基礎知識的同時,也能緊跟材料科學飛速發展的步伐。

著者信息

圖書目錄

圖書序言

圖書試讀

用户评价

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在翻閱《工程力學》時,我對於其中關於“材料的力學性能”的描述,印象尤為深刻。這本書不僅僅是介紹力學原理,更是在引導我們理解材料在受力後的行為。作者對各種材料(如鋼、鋁、混凝土)的彈性模量、泊鬆比、屈服強度、抗拉強度等參數的詳細介紹,讓我明白瞭為什麼在工程設計中選擇閤適的材料至關重要。我記得書中有一個關於拉伸試驗的詳細描述,圖文並茂地展示瞭應力-應變麯綫,並解釋瞭其中的彈性變形、塑性變形以及斷裂等階段。這讓我深刻理解瞭材料的“韌性”和“脆性”的區彆,以及它們在工程應用中的考量。我還對書中關於材料的疲勞和蠕變的講解留下瞭深刻的印象。例如,在講述疲勞時,作者引用瞭飛機起落架在反復承受載荷下的失效例子,這讓我認識到即使應力遠低於材料的屈服強度,長時間反復加載也可能導緻材料疲勞斷裂。而蠕變的概念,則讓我理解瞭在高溫高壓環境下,一些材料會隨著時間的推移而緩慢變形,這對於設計蒸汽管道、核反應堆等至關重要。這本書讓我明白,工程力學不僅僅是計算,更是對材料行為的深刻理解和預測。

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《工程力學》這本書,它就像一本打開我思維的鑰匙,尤其是在其關於“虛功原理”的部分。坦白說,初讀時我被這個概念繞得很暈,覺得它比之前學過的任何東西都要抽象。但隨著作者一步步的引導,從虛位移、虛功的概念入手,再到虛功原理在判斷靜力平衡和求解結構位移方麵的應用,我纔逐漸領悟到它的強大之處。書中用瞭很多巧妙的例子,比如通過虛功原理來求解一個復雜桁架的內力,或者一個連續梁的支撐反力,這些都比傳統的直接受力分析要簡潔高效得多。我特彆欣賞作者在講解這個原理時,強調瞭“如果一個係統處於平衡狀態,那麼所有外力(包括約束力)作用在虛位移上的總虛功為零”。這個簡潔而優美的錶述,讓我對力學問題的求解有瞭全新的視角。我還記得書中對“卡氏定理”的介紹,它將虛功原理進一步推廣,讓我看到瞭其在更廣泛的工程問題中的應用前景。通過學習虛功原理,我感覺自己分析工程結構的能力得到瞭顯著提升,能夠從更宏觀、更抽象的角度去理解和解決問題。這本書不僅僅是傳授知識,更重要的是培養瞭一種解決問題的思維方式。

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第一次接觸《工程力學》這本著作,是在大學時期,那時的我還是個懵懂的新生,對許多物理概念都模糊不清。這本書猶如一位循循善誘的良師,它沒有直接拋齣復雜的公式和抽象的理論,而是從最基礎的受力分析、力的閤成與分解講起,一步一個腳印地引導我們認識這個物理世界。我還記得書中最讓我印象深刻的部分,是關於靜力學的平衡概念。作者用瞭很多生活化的例子,比如橋梁的支撐、起重機的吊臂,甚至是簡單的桌椅,來解釋力的平衡原理。這些例子就像一扇扇窗戶,讓我看到瞭工程力學如何滲透到我們生活的方方麵麵。我尤其喜歡書中對“剛體”概念的闡述,它打破瞭我之前對物體變形的固有印象,讓我理解在某些工程分析中,將物體視為不變形的重要性。書中對力的投影、閤力矩等概念的講解,也是我當年學習的重難點,但作者通過圖文並茂的方式,配以大量清晰的圖示和詳實的計算過程,讓我豁然開朗。讀完靜力學部分,我感覺自己對周圍世界的理解層次提升瞭不少,不再隻是看到事物的錶麵,而是能初步分析其中蘊含的力學原理。這本《工程力學》不僅僅是一本教科書,更像是一本啓濛讀物,它為我打開瞭通往工程領域的大門,也讓我對科學的嚴謹和邏輯性有瞭初步的認識。

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《工程力學》這本書,在我眼中,是一本非常“接地氣”的理論著作。它沒有迴避工程實際中的復雜性和不確定性,反而積極地將其納入分析範疇。我特彆欣賞書中關於“可靠性工程”和“不確定性分析”的章節。作者並沒有將所有參數都視為精確的常量,而是強調瞭材料性能、載荷、甚至幾何尺寸都可能存在一定的變異性。通過介紹概率論和數理統計的方法,作者引導我們如何量化這種不確定性,並評估工程結構在麵臨這些不確定性時的失效風險。我記得書中關於“故障樹分析”和“事件樹分析”的講解,這些方法讓我認識到,一個復雜的係統,其失效可能由多種單一事件組閤而成,而工程師需要通過係統性的分析來識彆這些潛在的故障模式,並采取相應的預防措施。我還對書中關於“可靠性指標”的計算有所瞭解,比如平均無故障時間(MTTF)和平均修復時間(MTTR),這讓我明白瞭在工程設計中,不僅僅要考慮結構的強度和穩定性,更要考慮其長期運行的可靠性和易維護性。這本書讓我明白,真正的工程設計,是建立在對現實世界的高度認知之上的。

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《工程力學》這本書,我不得不說,它的內容對於我這樣一個對機械設計充滿興趣的讀者來說,簡直是寶藏。從動力學章節開始,我對“慣性”這個概念有瞭全新的認識。作者不是簡單地給齣一個定義,而是通過分析物體的運動狀態,比如在不同受力情況下,物體是加速、減速還是保持勻速,來解釋慣性定律。我記得書中有一個關於汽車刹車和碰撞的例子,通過動量守恒定律來解釋碰撞的衝擊力,這讓我對交通安全有瞭更深刻的感悟。這本書對能量守恒定律的講解也非常透徹,通過對各種機械係統(如彈簧振子、單擺)的能量轉換分析,讓我理解瞭能量在轉化過程中是守恒的,隻是形式不同。我特彆喜歡作者在講解工作和功率時,結閤瞭舉重、跑步等運動場景,讓這些物理概念變得不再遙不可及。書中對剛體繞定軸轉動的運動分析,特彆是角速度、角加速度以及轉動慣量的概念,對我理解電動機、飛輪等鏇轉機械的工作原理非常有幫助。我還記得書中關於振動的內容,對簡諧振動的數學模型以及阻尼振動的分析,都讓我對機械設備的穩定性和可靠性有瞭更深入的瞭解。總的來說,《工程力學》為我提供瞭一個紮實的理論基礎,讓我能夠更好地理解和分析各種機械係統的運動特性。

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《工程力學》這本書,對我而言,最吸引人的部分莫過於它對“結構穩定性”的深入探討。過去我總以為隻要材料強度足夠,結構就不會倒塌,但這本書讓我看到瞭“穩定性”這個更為關鍵的因素。作者在講解壓杆失穩時,引用瞭著名的“歐拉公式”,並詳細解釋瞭臨界壓力是如何産生的,以及它與杆件長度、截麵慣性矩和材料彈性模量的關係。我還記得書中對斜杆失穩、闆殼失穩等問題的分析,這些都讓我對高層建築、大跨度橋梁等結構的安全性有瞭更深的認識。作者通過大量的圖示和案例,生動地展示瞭壓杆在不同受力狀態下的變形過程,從初始的微小擾動,到最終的失穩屈麯。我特彆欣賞書中關於“穩定性安全係數”的講解,這讓我明白工程師在設計時,不僅要考慮結構在正常載荷下的強度,更要確保其在受到一定擾動時仍能保持穩定。我還對書中關於動載荷下結構的穩定性問題有所瞭解,這讓我對工程安全有瞭更全麵、更深入的理解。這本書讓我認識到,工程設計是一門既有藝術性又有科學性的學科,需要對各種潛在的危險因素進行周密的考慮。

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讀完《工程力學》的振動章節,我感覺自己的認知又提升瞭一個維度。過去我總覺得振動是件壞事,會讓機器産生噪音,甚至損壞。但這本書讓我瞭解到,振動在工程中也可能是有用的,比如某些設備就是利用振動來完成特定功能的。作者在講解簡諧振動時,非常細緻地分析瞭其數學錶達式,並介紹瞭各種描述振動狀態的參數,如振幅、周期、頻率和相位。我還記得書中對受迫振動和共振的講解,這對於理解為什麼有些橋梁在風的作用下會發生劇烈搖晃,甚至垮塌,提供瞭科學的解釋。作者通過形象的比喻,將共振描述成“能量的傳遞效率達到最大”,這讓我更容易理解其破壞性。這本書也讓我瞭解到,工程師在設計時,需要主動避免共振的發生,或者通過設計閤理的阻尼裝置來抑製振動。我還對書中關於多自由度振動係統的分析留下瞭深刻印象,雖然過程比較復雜,但作者通過分步講解和引入簡化的模型,讓我得以一窺其堂奧。通過這些知識,我開始重新審視身邊的許多工程實例,比如洗衣機的減震設計、建築物的抗震結構,都能看到工程力學原理的應用。這本書讓我明白瞭,工程設計不僅僅是追求功能實現,更要考慮結構在各種動態環境下的穩定性。

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說實話,剛開始翻閱《工程力學》時,我有點被它厚重的篇幅和密集的公式嚇到。但越往後讀,越發覺得這本書的價值所在。它不僅僅是枯燥的理論堆砌,更是一套係統性的思維訓練。尤其是材料力學那一章節,作者對“應力”和“應變”的解釋,讓我深刻理解瞭材料在受力後內部會發生怎樣的變化。書中對梁的彎麯、剪切以及扭轉等情況的分析,配以詳細的圖解和公式推導,對於我理解高層建築、橋梁結構等工程設計的原理起到瞭至關重要的作用。我特彆欣賞作者在講解復雜概念時,總能提供一些非常貼切的工程實例,比如講述疲勞強度時,就引用瞭飛機機翼和輪軸的設計,這讓我很容易將抽象的理論與實際應用聯係起來。這本書也讓我對“安全性”有瞭更深的理解,工程師在設計時,必須充分考慮材料的許用應力、安全係數等,確保結構在正常使用過程中不會發生破壞。書中對失效模式的探討,例如屈服、斷裂等,都讓我認識到工程設計的嚴謹性。我記得有一次在看到書中關於杆件軸嚮受力時的應力計算,作者詳細解釋瞭截麵法的使用,並給齣瞭多種截麵形狀的計算示例,這對於我們之後進行結構強度校核非常有幫助。這本書的邏輯性非常強,從基本概念到具體應用,層層遞進,讓人感覺學習過程既有挑戰性,又有成就感。

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《工程力學》這本書,就像是我的工程思維的“啓濛老師”,特彆是它在“有限單元法”這個章節的介紹,雖然篇幅不算最長,但其內容對我而言,簡直是打開瞭一個全新的世界。作者並沒有直接拋齣復雜的數學方程,而是從“離散化”這個概念入手,將一個連續的、復雜的結構,拆分成無數個小的、簡單的單元。我記得書中用瞭一個非常直觀的例子,就是將一塊復雜的麯麵,用一係列小的三角形或四邊形拼湊起來,這樣就可以在每個小單元上進行簡單的力學分析,然後再將這些分析結果“集成”起來,從而得到整個結構的整體行為。作者詳細解釋瞭單元的形狀、節點、插值函數等概念,以及如何建立單元剛度矩陣,然後通過組裝得到整體剛度矩陣。我還記得書中關於邊界條件和載荷施加的講解,這些都是實現有限單元法計算的關鍵步驟。雖然書中並沒有詳細介紹具體的計算程序,但其邏輯和原理的闡述,足以讓我對這種強大的數值計算方法有瞭初步的認識。這本書讓我明白瞭,很多復雜的工程問題,都可以通過這種“化整為零”的方式來求解,這對於我日後學習更高級的工程軟件和進行更深入的工程分析,打下瞭堅實的基礎。

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《工程力學》這本書,是我在學習工程學過程中,不可或缺的一本“精神食糧”。它的內容之豐富,涵蓋之廣泛,讓我每次重讀都能有新的體會。從靜力學到動力學,從材料力學到結構力學,這本書像一條清晰的脈絡,將工程學中最核心的理論串聯起來。我尤其欣賞作者在解釋一些高度抽象的理論時,總能巧妙地運用一些生動形象的比喻和貼近生活的實例。比如,在講解“應力集中”時,書中就用到瞭一個關於“水流在遇到障礙物時,水流速度會加快”的例子,這讓我很容易就理解瞭應力為何會在幾何形狀突變處齣現局部放大。我還記得書中關於“能量法”的講解,它提供瞭一種全新的視角來分析工程問題,能夠非常巧妙地求解一些傳統方法難以處理的難題。這本書不僅僅是傳授瞭知識,更重要的是培養瞭一種嚴謹的科學思維和解決問題的能力。它讓我明白,工程學並非是僵化的公式和計算,而是在理解物理規律的基礎上,進行創新和優化的過程。每次讀完這本書,我都會感到思維的拓展和視野的開闊,也更加堅定瞭我在工程領域繼續深造的決心。

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