材料力學/材料力學導論
作者： Aaron D. Mazzeo
歡迎來到我們關於材料力學的本科課程。目標是眾包您學習和理解標準大學/學院級別機械或工程本科課程中教授的概念所需的所有資訊。
本華夏公益教科書旨在為材料力學或強度材料的本科課程提供動態內容。這裡的內容最終將具有足夠的質量和興趣，供自學或由講師/教師成員指定學習。一個目標是這裡的內容將促進課堂討論、小組專案或解決問題，這些將利用講師的專業知識來提高學習成果。另一個目標是促進學生、講師、專業人士和感興趣的使用者新增/管理內容，以適應學習風格，這些風格可能受益於來自來自不同背景的學習者和教師的各種見解。本課程將借鑑公開提供的材料，並從關鍵相關文字中獲得靈感。[1][2][3][4][5][6][7][8][9] 關於材料力學本科課程的華夏公益教科書，GitHub 上還有一個 眾包思維導圖可用（需要更新）。
喬治·哈里森承認我們“生活在物質世界。”雖然他指的是他透過音樂來啟蒙的旅程，但材料和結構包圍著我們。即使我們腳下的地球也支撐著我們，它對我們施加的重力產生的反作用力是一種平衡形式。
材料圍繞著我們，即使在自然環境中，它們也經常在從原材料到原料再到機械結構的過程中進行結構疊加。
如果有一組與固體相關的特性可以幫助我們確定材料是否會斷裂怎麼辦？好吧，這些材料特性存在，並且具有標準化的單位和定義的指標來表徵它們。這些引數也適用於多個長度尺度。事實上，材料特性不僅幫助我們確定失效、屈服或斷裂的可能性，而且還幫助我們確定我們在各種尺度上應該預期的多少撓曲/位移。
結構力學和材料的研究使我們能夠相當準確地預測結構將偏轉多少以及它抵抗災難性失效的安全程度。實際上，這是一個革命性的概念，即測試材料的小樣本以表徵其彈性和強度，然後我們可以將其與工程結構中預期的應力和應變水平相關聯。隨著我們表徵材料和預測結構中不可見應力分佈的能力的提高，我們對預測的信心和可接受的因素已經降低了一個數量級[10]。
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這些材料特性適用於微米尺度（毫米的 1/1000）的小型結構。工程示例包括桑迪亞國家實驗室的工程師建立的小型微型鏈。彈性模量和強度等材料特性與這些微型元件的潛在屈服和撓曲有關。但是，矽和矽等材料的特徵材料特性，當特徵尺寸接近微米尺度時，會以顯著的方式從其更大尺寸的體積特性發生改變[11][12]。
中等尺寸的結構的長度、寬度或厚度可能與衝浪板相似。除了需要承受沿其表面分佈或集中的靜態載荷外，衝浪板還必須能夠承受重複或迴圈載荷，這些載荷可能導致疲勞失效。
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我們可以考慮作用在羅馬廣場建築物柱子上方的載荷——力與應力。我們可以設想腐蝕及其對降低結構有效橫截面積的影響，以及應力如何累積導致機械失效。
我們還可以考慮地球地殼內應力的分佈[13]。雖然我們還沒有介紹應力的正式定義，但你可以開始想象，當零件（例如，板）相互施加力時，這些結構內部的材料會累積內部載荷，這就是應力。
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我們已經開始在 GitHub 上建立 MechMatMindMap，其中包含使用 Freeplane 建立的思維導圖。該思維導圖應與本華夏公益教科書中的內容相一致。該思維導圖落後於這裡的內容，我們歡迎來自社群的更新。
在同一個 GitHub 專案（MechMatMindMap）中，我們將提供本篇關於材料力學的華夏公益教科書的 PDF 版本。本華夏公益教科書的最新可列印版本/PDF 可透過點選材料力學頁面上的相應連結獲得。
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我們的目標是成為材料力學本科課程的動態內容來源，用於獨立學習和與同伴以及專家講師進行有意義的學習課程。我們邀請講師和學生共同使用在 GitHub 和維基媒體網站上使用開源平臺免費提供的眾包內容。我們希望建立、組裝和整理高質量的內容、示例、問題和影片，以允許大學級別的掌握，並以引人入勝的格式呈現。
學生和講師可以使用為材料力學教學和學習而整理和建立的材料。此材料旨在為材料力學或材料強度本科課程提供動態內容。此處的材料最終將具有足夠高的質量和趣味性，適合自學或由講師/教師指定的學習。一個目標是，此處的材料將有助於課堂討論、小組專案或解決問題，這些問題將利用講師的專業知識來提高學習成果。另一個目標是促進學生、講師、專業人士和感興趣的使用者新增/整理內容，以適應學習風格，這些學習風格可能會受益於來自不同背景的學習者和教師的各種見解。
我們還希望學生和講師能以任何形式向本華夏公益教科書或 GitHub 專案（MechMatMindMap）貢獻原創問題或示例，以將其格式化並納入本文集。
我們歡迎貢獻，因為我們包含的說明性示例/問題的數量沒有上限，我們也不在乎這些示例來自學習者還是講師。我們只要求這些問題是經過深思熟慮的和相關的。貢獻者也應該願意接受所示示例/問題的順序或分類的調整。
希望這些問題能成為課堂討論、小組學習、專案或個人學習的一部分。對於講師進行評分考試的課程，我們鼓勵講師為學生建立原創問題，讓他們獨立解決。考試結束後，講師可以將這些問題提供給其他人學習並新增到像本華夏公益教科書這樣的開源網站上。這種教學、學習和評估模式限制了倫理上的顧慮/誘惑，加強了課程結果的有效性，並減少了誠實學習者因擔心他們在考試中處於不利地位而產生的焦慮，他們擔心其他人會參考可用的已解決問題資料庫或即時輔導服務。對於工程專業的學生，它也阻止了死記硬背和“軍備競賽”，以建立越來越多不可避免地公開的“解決方案手冊”。沒有人或系統是完美無缺的，尤其是在講師和學習者所處的壓力和限制下。儘管如此，本開源華夏公益教科書旨在促進開放和透明的學習。
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- ↑ Hibbeler, R. C. (2014). 材料力學. Prentice Hall.
- ↑ Norton, Robert L. (2014). 機械設計：一種整合方法 (第5版). Prentice Hall.
- ↑ Ashby, Michael F.; Jones, David R. H. (1980). 工程材料1：特性及應用導論. 國際材料科學與技術系列. Pergamon Press, Inc.
- ↑ Juvinall, Robert C.; Marshek, Kurt M. (2012). 機械零件設計基礎 (第5版). John Wiley & Sons, Inc.
- ↑ Fogiel, Max, ed. (1999). 機械工程手冊. 研究與教育協會.
- ↑ Ucker, Jr., John J.; Pennock, Gordon R.; Shigley, Joseph E. (2017). 機器與機構理論 (第5版). 牛津大學出版社.
- ↑ Shigley, Joseph Edward; Mitchell, Larry D. (1983). 機械工程設計 (第4版). McGraw-Hill Book Company.
- ↑ Juvinall, Robert C.; Marshek, Kurt M. (2012). 機械零件設計基礎 (第5版). John Wiley & Sons, Inc. pp. 273–274.
- ↑ Xu, Wenwei; Chahine, Nadeen; Sulchek, Todd (2011). "由於高壓縮應變和有限厚度導致的PDMS薄膜的極端硬化". Langmuir. 27 (13): 8470–8477.
- ↑ Chen, Ming; Pethö, Laszlo; Sologubenko, Alla S.; Ma, Huan; Michler, Johann; Spolenak, Ralph; Wheeler, Jeffrey M. (2020年5月). "在矽中實現微米級塑性和理論強度". 自然通訊.
{{cite journal}}: 請檢查|date=中的日期值 (幫助); 引用包含空值未知引數：|1=(幫助) - ↑ Zang, Arno; Stephansson, Ove (2010). 地球地殼應力場. Springer, Dordrecht.