前言設(shè)計機器、車輛及機械結(jié)構(gòu)時，為了保證設(shè)計的安全性、可靠性和經(jīng)濟性，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。
　　本書可以用作大學(xué)三年級或四年級學(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、屈服與塑性、基于應(yīng)力的疲勞分析和蠕變。相對較新的斷裂力學(xué)和基于應(yīng)變的疲勞分析也有所涉及，實際上進行了更為詳細的處理。對于一個具有學(xué)士學(xué)位的實踐工程師而言，本書提供了有助于理解相關(guān)主題的參考文獻資源。
　　本書重點介紹了工程設(shè)計者為避免結(jié)構(gòu)失效而采用的分析方法和預(yù)測方法。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度、斷裂韌度、疲勞或蠕變應(yīng)力�矇勖�曲線等性能指標進行量化。對材料性能數(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)測方法之前，通常要對各個領(lǐng)域中使用的材料試驗進行討論。
　　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)纖維增強復(fù)合材料)也有所涉及，但只是在有限的程度上進行了介紹。本書并沒有對這些復(fù)雜材料進行詳細的介紹。
　　在本序言的其余部分，首先對本書最新版所做的變化進行了重點介紹。然后是為了幫助本書的讀者所進行的評論，這些讀者包括學(xué)生、教師和實踐工程師。
　　這一版中什么是新的？相對于第3版，第4版全面進行了改進和更新。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)題進行了較大的修訂，35%是新增加的或者進行了很大的改動，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行過改動，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)值或一個新公式的建立過程。
　　�r對章末的參考文獻列表重新進行了整理和更新，包含了最近的出版物，含有材料性能數(shù)據(jù)庫。
　　�r對第10章中估算S�睳曲線方法的處理進行了修訂，同時也進行了更新，反映了廣泛使用的力學(xué)設(shè)計教科書中所發(fā)生的變化。
　　�r在第12章中，對關(guān)于擬合應(yīng)力�矐�(yīng)變曲線的例題進行了改進。
　　�r另外在第12章中，對多向應(yīng)力的討論進行了精練，并且增加了一個新的例子。
　　�r對第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。修完一門這類的標準課程(一般針對大學(xué)二年級學(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，同時也給出了對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(一般也是針對大學(xué)二年級學(xué)生)，所涉及的主題包括晶體和非晶體結(jié)構(gòu)、位錯與其他缺陷、變形機理、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，由于可能會錯過對這一前序課程的學(xué)習(xí)，因而在第2章和第3章對其進行了有限的介紹。
　　對于本書的學(xué)習(xí)，還需要有關(guān)基本計算的數(shù)學(xué)知識。許多工程實際例題和習(xí)題都需要用數(shù)值分析進行求解，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是非常有用的，能夠在個人計算機上進行繪圖和數(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Chapra (2010)］中都有所介紹。
　　參考文獻與參考書目錄每章的結(jié)尾都有一個參考文獻列表，以便提供進一步閱讀和信息的來源。在某些情況下，對這些文獻列表進行了分類，如分為一般參考文獻、材料性能文獻來源以及有用的手冊。對于在文中所提到的參考文獻，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。
　　當使用其他出版物的具體數(shù)據(jù)或插圖時，這些出版物的來源是以方括號的信息來識別的，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目錄，都列在了本書末尾的一個獨立章節(jié)中。
　　材料性能的描述對于具體材料的實驗數(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。這些實驗數(shù)據(jù)一直都是從實驗室中實際獲得的。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。對于實際工程問題，應(yīng)該根據(jù)需要查詢其他關(guān)于材料性能的文獻，例如在各章結(jié)尾處所列的文獻。另外，材料性能值都存在統(tǒng)計學(xué)上的差異，這在附錄B中已經(jīng)進行了討論，因此本書或任何其他文獻來源給出的典型值都需要適當謹慎地使用。
　　如果所給出的材料性能數(shù)據(jù)都出自于外來文獻，則這些文獻都將以參考文獻目錄的形式列出。如果沒有給出文獻來源，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)實驗課程所獲得的試驗結(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。在坐標圖中，標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，有時采用后面以毫米(mm)為單位的等價形式是非常方便的。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。為了說明這個表的使用方法，讓我們將20ksi的應(yīng)力轉(zhuǎn)換為MPa。因為1ksi等價于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，但有時也采用百分數(shù)，即ε%=100ε。
　　數(shù)學(xué)規(guī)則在大多數(shù)情況下，都采用標準規(guī)則。函數(shù)lg表示以10為底的對數(shù)，函數(shù)ln表示以e=2 718…為底的對數(shù)(即自然對數(shù))。為了表示幾個值當中最大的部分，則采用函數(shù)MAX()。
　　符號在期刊論文、其他書籍以及各種試驗標準和設(shè)計規(guī)范中，都會采用各種不同的符號來表示所需要的某些變量。對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，同時盡可能遵循最為常用的規(guī)則。然而，有時為了避免混淆，相對于常規(guī)用法可能會出現(xiàn)幾種例外情況，或者會有所改變。
　　例如，K用來表示斷裂力學(xué)中的應(yīng)力強度因子，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)變曲線的強度系數(shù)。符號S表示名義應(yīng)力或平均應(yīng)力，而σ表示一點處的應(yīng)力，也可以表示受均布應(yīng)力作用的構(gòu)件上的應(yīng)力。除了在本書單獨部分出現(xiàn)的不同用法之外，避免了符號的雙重使用。最常用的符號已列于書后。更詳細的符號列表在每章臨近末尾處以新術(shù)語與符號的形式給出。
　　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則和斷裂準則。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，它們對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，可以直接選擇進入第11章的學(xué)習(xí)，該章將斷裂力學(xué)內(nèi)容擴展到疲勞裂紋擴展。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)容來實現(xiàn)。另外，雖然第12章~第15章相對高級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。在第15章，15 1節(jié)~15 4節(jié)對于蠕變主題給予了合理的介紹，除了第4章外，這部分內(nèi)容不會對任何其他章節(jié)的內(nèi)容產(chǎn)生明顯的依賴性。
　　關(guān)于教師的補充材料對于從事課堂教學(xué)工作的教師（如在學(xué)院機構(gòu)工作）而言，可以獲得以下四種補充材料：（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)題需要進行計算或進行復(fù)雜的推導(dǎo)；（4）涉及數(shù)值計算或建立一個新方程的所有習(xí)題的答案。這些補充材料均發(fā)布在一個安全的網(wǎng)站上，只有被授權(quán)的教師才可以獲取。
　　參考文獻［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