前言設(shè)計(jì)機(jī)器、車輛及機(jī)械結(jié)構(gòu)時(shí)，為了保證設(shè)計(jì)的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性，要求既要保證材料的有效使用，又要確保不發(fā)生結(jié)構(gòu)失效。因此，對(duì)于本科工程專業(yè)學(xué)生來說，學(xué)習(xí)材料力學(xué)行為是非常合適的，尤其是諸如變形、斷裂和疲勞等相關(guān)主題的知識(shí)。
　　本書可以用作大學(xué)三年級(jí)或四年級(jí)學(xué)生的關(guān)于材料力學(xué)行為課程的教材，也可以側(cè)重后面的章節(jié)而作為一年級(jí)研究生的學(xué)習(xí)用書。本書涉及的范圍包括該領(lǐng)域的傳統(tǒng)主題，如材料試驗(yàn)、屈服與塑性、基于應(yīng)力的疲勞分析和蠕變。相對(duì)較新的斷裂力學(xué)和基于應(yīng)變的疲勞分析也有所涉及，實(shí)際上進(jìn)行了更為詳細(xì)的處理。對(duì)于一個(gè)具有學(xué)士學(xué)位的實(shí)踐工程師而言，本書提供了有助于理解相關(guān)主題的參考文獻(xiàn)資源。
　　本書重點(diǎn)介紹了工程設(shè)計(jì)者為避免結(jié)構(gòu)失效而采用的分析方法和預(yù)測(cè)方法。這些方法是從工程力學(xué)的角度建立起來的，而且材料抵抗失效的能力可以通過屈服強(qiáng)度、斷裂韌度、疲勞或蠕變應(yīng)力�矇勖�曲線等性能指標(biāo)進(jìn)行量化。對(duì)材料性能數(shù)據(jù)的獲得方法有所了解才能合理利用這些數(shù)據(jù)，因而它們的限制和意義是非常明顯的。因此，在考慮分析方法和預(yù)測(cè)方法之前，通常要對(duì)各個(gè)領(lǐng)域中使用的材料試驗(yàn)進(jìn)行討論。
　　在所涉及的許多領(lǐng)域中，金屬材料的現(xiàn)有技術(shù)要比非金屬材料的現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展得更為完善。然而，本書也適當(dāng)包含了非金屬材料(如高分子材料和陶瓷材料)的數(shù)據(jù)和例子。高度各向異性的材料(如連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料)也有所涉及，但只是在有限的程度上進(jìn)行了介紹。本書并沒有對(duì)這些復(fù)雜材料進(jìn)行詳細(xì)的介紹。
　　在本序言的其余部分，首先對(duì)本書最新版所做的變化進(jìn)行了重點(diǎn)介紹。然后是為了幫助本書的讀者所進(jìn)行的評(píng)論，這些讀者包括學(xué)生、教師和實(shí)踐工程師。
　　這一版中什么是新的？相對(duì)于第3版，第4版全面進(jìn)行了改進(jìn)和更新。在修訂過程中特別引起關(guān)注的方面如下：
　　�r每章末的習(xí)題進(jìn)行了較大的修訂，35%是新增加的或者進(jìn)行了很大的改動(dòng)，總數(shù)由54增加到了659。在每章中，至少有33%的習(xí)題是新增加的或者進(jìn)行過改動(dòng)，這些修訂側(cè)重于教師最可能關(guān)注的更多基本主題。
　　�r這一版新增加的內(nèi)容還有本書接近最后部分所給出的近一半習(xí)題的答案，包括數(shù)值或一個(gè)新公式的建立過程。
　　�r對(duì)章末的參考文獻(xiàn)列表重新進(jìn)行了整理和更新，包含了最近的出版物，含有材料性能數(shù)據(jù)庫。
　　�r對(duì)第10章中估算S�睳曲線方法的處理進(jìn)行了修訂，同時(shí)也進(jìn)行了更新，反映了廣泛使用的力學(xué)設(shè)計(jì)教科書中所發(fā)生的變化。
　　�r在第12章中，對(duì)關(guān)于擬合應(yīng)力�矐�(yīng)變曲線的例題進(jìn)行了改進(jìn)。
　　�r另外在第12章中，對(duì)多向應(yīng)力的討論進(jìn)行了精練，并且增加了一個(gè)新的例子。
　　�r對(duì)第14章中關(guān)于應(yīng)變�矇勖�曲線平均應(yīng)力效應(yīng)的主題給出了修訂和更新的范圍。
　　�r關(guān)于多向應(yīng)力下蠕變斷裂部分被移到了第15章的開頭部分，使之與時(shí)間�矞囟葏�數(shù)一起包括在內(nèi)了。
　　前序課程基礎(chǔ)材料力學(xué)也稱為材料強(qiáng)度或變形體力學(xué)，主要介紹工程構(gòu)件(如梁和軸)在線彈性行為下的應(yīng)力和應(yīng)變分析方法。修完一門這類的標(biāo)準(zhǔn)課程(一般針對(duì)大學(xué)二年級(jí)學(xué)生)是學(xué)習(xí)本書的基本前提。附錄A中給出了這一方面的一些有用的復(fù)習(xí)和參考材料，同時(shí)也給出了對(duì)完全塑性屈服分析的處理方法。
　　許多工程課程體系都包含一門關(guān)于材料科學(xué)的導(dǎo)論課程(一般也是針對(duì)大學(xué)二年級(jí)學(xué)生)，所涉及的主題包括晶體和非晶體結(jié)構(gòu)、位錯(cuò)與其他缺陷、變形機(jī)理、材料加工以及材料命名系統(tǒng)。建議學(xué)生提前了解這一領(lǐng)域的研究。然而，由于可能會(huì)錯(cuò)過對(duì)這一前序課程的學(xué)習(xí)，因而在第2章和第3章對(duì)其進(jìn)行了有限的介紹。
　　對(duì)于本書的學(xué)習(xí)，還需要有關(guān)基本計(jì)算的數(shù)學(xué)知識(shí)。許多工程實(shí)際例題和習(xí)題都需要用數(shù)值分析進(jìn)行求解，這些數(shù)值分析方法包括最小二乘方曲線擬合法、方程迭代求解法和數(shù)值積分法。因此，具有有關(guān)這方面的一些背景理論知識(shí)是非常有用的，能夠在個(gè)人計(jì)算機(jī)上進(jìn)行繪圖和數(shù)值分析也是非常有益的。所需要的數(shù)值分析方法在關(guān)于這一學(xué)科的大多數(shù)導(dǎo)論性教科書［如在本書前言結(jié)尾處列出的參考文獻(xiàn)Chapra (2010)］中都有所介紹。
　　參考文獻(xiàn)與參考書目錄每章的結(jié)尾都有一個(gè)參考文獻(xiàn)列表，以便提供進(jìn)一步閱讀和信息的來源。在某些情況下，對(duì)這些文獻(xiàn)列表進(jìn)行了分類，如分為一般參考文獻(xiàn)、材料性能文獻(xiàn)來源以及有用的手冊(cè)。對(duì)于在文中所提到的參考文獻(xiàn)，給出了第一作者的名字及出版年代，這有助于在該章的結(jié)尾處快速查到相應(yīng)的參考文獻(xiàn)。
　　當(dāng)使用其他出版物的具體數(shù)據(jù)或插圖時(shí)，這些出版物的來源是以方括號(hào)的信息來識(shí)別的，如\[Richards 61\]或\[ASM 88\]，其中的兩位數(shù)字表示出版年代。所有這樣的參考文獻(xiàn)目錄，都列在了本書末尾的一個(gè)獨(dú)立章節(jié)中。
　　材料性能的描述對(duì)于具體材料的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，本書從始至終都是以大量的插圖、表格、例題和習(xí)題的形式給出的。這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)一直都是從實(shí)驗(yàn)室中實(shí)際獲得的。然而，這樣做的目的只是為了給出典型數(shù)據(jù)，而不是給出材料性能的綜合信息。對(duì)于實(shí)際工程問題，應(yīng)該根據(jù)需要查詢其他關(guān)于材料性能的文獻(xiàn)，例如在各章結(jié)尾處所列的文獻(xiàn)。另外，材料性能值都存在統(tǒng)計(jì)學(xué)上的差異，這在附錄B中已經(jīng)進(jìn)行了討論，因此本書或任何其他文獻(xiàn)來源給出的典型值都需要適當(dāng)謹(jǐn)慎地使用。
　　如果所給出的材料性能數(shù)據(jù)都出自于外來文獻(xiàn)，則這些文獻(xiàn)都將以參考文獻(xiàn)目錄的形式列出。如果沒有給出文獻(xiàn)來源，則這些數(shù)據(jù)出自作者的研究或者來自于弗吉尼亞理工大學(xué)實(shí)驗(yàn)課程所獲得的試驗(yàn)結(jié)果。
　　單位本書以國際單位為主，但在大多數(shù)數(shù)據(jù)表中，也包含了美國常用單位。在坐標(biāo)圖中，標(biāo)尺單位為國際單位或兩者兼而有之，只是在幾種情況下，來自于其他出版物的插圖保留了其原始形式，因而單位也保留了原始形式。大多數(shù)習(xí)題中以及文中所給數(shù)值都只給出了國際單位，在這些情況下使用雙重單位容易造成混淆。
　　力的國際單位是牛頓(N)，而美國單位是磅(lb)。應(yīng)用千牛頓(千牛, kN)或千磅(千磅, kip) 經(jīng)常是非常方便的。因而應(yīng)力和壓力的國際單位是用牛頓/每平方米(N/m2)表示的，在國際單位制中是以特殊名稱帕斯卡(Pa)命名的。在我們的應(yīng)用中，采用百萬帕斯卡(兆帕，MPa) 通常是非常合適的。則有1MPa=1MNm2=1Nmm2式中，有時(shí)采用后面以毫米(mm)為單位的等價(jià)形式是非常方便的。在美國單位制中，應(yīng)力通常用千磅/每平方英寸(ksi)表示。
　　上面這些單位和其他常用單位以及轉(zhuǎn)換系數(shù)都已在文中做了介紹。為了說明這個(gè)表的使用方法，讓我們將20ksi的應(yīng)力轉(zhuǎn)換為MPa。因?yàn)?ksi等價(jià)于6 895 MPa，則有20ksi=20ksi6 895MPaksi=137 9MPa在相反方向的轉(zhuǎn)換方法中，除以等價(jià)值，則有137 9MPa=137 9MPa6 895MPaksi=20 0ksi注意到應(yīng)變是無量綱的量，因而是沒有單位的。最常見的應(yīng)變表示方法就是直接采用長度變化與長度之間的比值，但有時(shí)也采用百分?jǐn)?shù)，即ε%=100ε。
　　數(shù)學(xué)規(guī)則在大多數(shù)情況下，都采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則。函數(shù)lg表示以10為底的對(duì)數(shù)，函數(shù)ln表示以e=2 718…為底的對(duì)數(shù)(即自然對(duì)數(shù))。為了表示幾個(gè)值當(dāng)中最大的部分，則采用函數(shù)MAX()。
　　符號(hào)在期刊論文、其他書籍以及各種試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)規(guī)范中，都會(huì)采用各種不同的符號(hào)來表示所需要的某些變量。對(duì)于這種情況的處理方法是整本書中都采用一套一致的符號(hào)，同時(shí)盡可能遵循最為常用的規(guī)則。然而，有時(shí)為了避免混淆，相對(duì)于常規(guī)用法可能會(huì)出現(xiàn)幾種例外情況，或者會(huì)有所改變。
　　例如，K用來表示斷裂力學(xué)中的應(yīng)力強(qiáng)度因子，而不是用來表示應(yīng)力集中系數(shù)，應(yīng)力集中系數(shù)則用k表示。另外，H代替K或k來表示描述某些應(yīng)力�矐�(yīng)變曲線的強(qiáng)度系數(shù)。符號(hào)S表示名義應(yīng)力或平均應(yīng)力，而σ表示一點(diǎn)處的應(yīng)力，也可以表示受均布應(yīng)力作用的構(gòu)件上的應(yīng)力。除了在本書單獨(dú)部分出現(xiàn)的不同用法之外，避免了符號(hào)的雙重使用。最常用的符號(hào)已列于書后。更詳細(xì)的符號(hào)列表在每章臨近末尾處以新術(shù)語與符號(hào)的形式給出。
　　用作教材構(gòu)成本書的章節(jié)較多，以便盡可能使所選擇的研究主題更為寬泛。作為一學(xué)期的課程，至少要包含第11章以前的所有各章的內(nèi)容，還要包括第15章的內(nèi)容。這包括第1~6章的前言和回顧等相關(guān)內(nèi)容，還包括第7章中不含裂紋材料的屈服準(zhǔn)則和斷裂準(zhǔn)則。斷裂力學(xué)適用于第8章中的靜態(tài)斷裂以及第11章中的疲勞裂紋擴(kuò)展。另外，第9章和第10章包含了基于應(yīng)力的疲勞分析方法，第15章包含了蠕變。如果時(shí)間允許，一些關(guān)于塑性變形的主題可以從第12章和第13章中予以補(bǔ)充，也可以從第14章中基于應(yīng)變的疲勞分析方法中予以補(bǔ)充。如果學(xué)生具有材料科學(xué)的背景，則可以不需要學(xué)習(xí)第2章和第3章，但第3 8節(jié)中關(guān)于材料選擇的內(nèi)容仍是有用的。
　　某些章的特定部分內(nèi)容并不是十分需要作為該章其余部分的預(yù)備知識(shí)，它們對(duì)后面各章也不是至關(guān)重要的。因此，雖然相關(guān)的主題從其自身而言是重要的，但如果需要的話，可以刪除或擱置，不會(huì)顯著影響本書的連續(xù)性。這些內(nèi)容包括4 5節(jié)、4 6節(jié)~4 9節(jié)、5 4節(jié)、7 7節(jié)~7 9節(jié)、8 7節(jié)~8 9節(jié)、10 7節(jié)、11 7節(jié)、11 9節(jié)和13 3節(jié)。
　　完成第8章的斷裂力學(xué)內(nèi)容之后，可以直接選擇進(jìn)入第11章的學(xué)習(xí)，該章將斷裂力學(xué)內(nèi)容擴(kuò)展到疲勞裂紋擴(kuò)展。這可以通過越過第9章和第10章中除了9 1節(jié)~9 3節(jié)之外的所有內(nèi)容來實(shí)現(xiàn)。另外，雖然第12章~第15章相對(duì)高級(jí)的主題范圍是有限的，但仍然保持了內(nèi)容的連貫性，仍存具有各種多樣化的選擇空間。例如，包含第14章中基于應(yīng)變的疲勞分析方法的一些內(nèi)容是非常有益的，而且針對(duì)這方面的內(nèi)容，需要第12章和第13章的一些內(nèi)容作為預(yù)備知識(shí)。在第15章，15 1節(jié)~15 4節(jié)對(duì)于蠕變主題給予了合理的介紹，除了第4章外，這部分內(nèi)容不會(huì)對(duì)任何其他章節(jié)的內(nèi)容產(chǎn)生明顯的依賴性。
　　關(guān)于教師的補(bǔ)充材料對(duì)于從事課堂教學(xué)工作的教師（如在學(xué)院機(jī)構(gòu)工作）而言，可以獲得以下四種補(bǔ)充材料：（1）一套可以打印和可以下載的圖表文件; （2）用于求解課本中除最簡單例題之外的所有問題的微軟Excel數(shù)字文件；（3）包含每章末近似一半習(xí)題的求解方法的指南，這些習(xí)題需要進(jìn)行計(jì)算或進(jìn)行復(fù)雜的推導(dǎo)；（4）涉及數(shù)值計(jì)算或建立一個(gè)新方程的所有習(xí)題的答案。這些補(bǔ)充材料均發(fā)布在一個(gè)安全的網(wǎng)站上，只有被授權(quán)的教師才可以獲取。
　　參考文獻(xiàn)［1］ASTM 2010 “American National Standard for Use of the International System of Units (SI): The Modern etric System,” Annual Book of ASTM Standards, Vol 14 04, No SI10, ASTM International, West onshohocken, PA ［2］CHAPRA,S C andR P CANALE 2010 Numerical Methods for Engineers, 6th ed , McGrawHill, New York