内容编辑 - 天津大学出版社

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目录 第1 章慨论.......................................11. 1 材料与材料科学·............................11. 1. 1 材料的概念与分类.........................11. 1. 2 材料科学与工程………....…………………… 21. 2 材料的性能与分析方法..............................3&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;1. 2. 1 材料的性能.............................31. 2. 2 材料性能分析方法..................................41. 3 材料的力学性能...................................61. 3. 1 材料力学性能的概念与主要指标............................61. 3. 2 材料力学性能的研究内容……………………………………………………… 71. 3. 3 材料力学性能的研究目的和意义.................................. 81. 3. 4 材料力学性能的应用举例........................................ 91. 4 课程特点、教学思路与教学安排............................101. 4. 1 课程特点................................................. 101. 4. 2 教学思路............................. 111. 4.3 教学安排………………………………………………………………………… 12复习思考题 第2 章材料的静载拉伸力学性能…………………………………………………142. 1 静载拉伸试验.....................142. 1. 1 应力-应变曲线................................................. 142. 1. 2 拉伸强度指标…………………………………………………………………… 202. 1. 3 塑性指标及其意义……………………………………………………………… 22.2 弹性变形............................................................... 232.2.1 弹性变形及其物理本质………………………………………………………… 242. 2.2 弹性性能的工程意义………………………………………………………… 282.2.3 弹性不完整性…………………………………………………………………… 322.3 塑性变形............................................372.3.1 金属材料的塑性变形机制与特点........................372.3.2 屈服现象及其本质……………………………………………………………… 382.3.3 真实应力-应变曲线及形变强化规律 ..............................402.3.4 陶瓷材料的塑性变形…………………………………………………………… 442.4 材料的断裂..................................................... 472 &nbsp;材料力学性能原理与实验教程2.4. 1 金属材料的断裂…… …………………………………………………………… 482.4.2 陶瓷材料的断裂………………………………………………………………… 562.4.3 高分子材料的断裂………………………………………………………………56复习思考题………………………………………………………………………………… 60 第3 章材料在其他载荷下的力学性能.................................. 633.1 应力状态系数和力学状态图.........................................643. 1. 1 应力状态系数…………………………………………………………………… 643. 1. 2 力学状态图...................................... 653.2 钳料的扭转、弯曲、压缩和剪切............................................ 673.2. 1 材料的扭转……………………………………………………………………… 673.2.2 材料的弯曲.............................................................. 703.2.3 材料的压缩................................ 733.2. 4 材料的剪切……………………………………………………………………… 753.2.5 几种静载试验方法的比较................................................ 763. 3 材料的硬度.............................................773.3.1 硬度的概念与分类……………………………………………………………… 773.3.2 布氏硬度……………………………………………………………………… 783.3. 3 洛氏硬度................................. 823.3.4 维氏硬度................................................ 853.3. 5 显微硬度........................................ 873.3.6 肖氏硬度............................................................ 883.3.7 莫氏硬度………………………………………………………………………… 893.3.8 常用材料的硬度……..................................................................... 893.3. 9 硬度与其他力学性能指标的关系................................903.4 缺口试样的力学性能.............................................. 913.4.1 缺口效应…·………………………………………………………………….. 913.4.2 缺口试样力学性能试验………………………………………………………… 963.5 材料在冲击载荷下的力学性能........................... 1023.5.1 加载速率与应变速率……………………………………………………… 1023.5.2 冲击载荷的能量性质........................ 1023.5.3 冲击载荷下材料的变形与断裂的特点…...................................... 1033.5.4 缺口试样的冲击试验与冲击韧性............................ 1033.5.5 冲击试样断裂过程分析............................................... 1083.5.6 冲击试验的应用………………………………………………………. 1093.6 材料的低温脆性................................................. 1103.6.1 低温脆性的现象……………………………………………………………… 1103.6.2 低温脆性的本质……………………………………………………………… 1123.6.3 低温脆性的评定……………………………………………………………… 1123.6.4 低温脆性的影响因素........................................... 119复习思考题............................................. 124目录U Il 3 第4 章材料的断裂强度与断裂韧性....................................... 1264. 1 断裂强度........................................... 1264. 1. 1 理论断裂强度………………………………………………………………… 1274. 1. 2 宏观缺陷的影响……………………………………………………………… 1294. 1. 3 G咀由断裂理论............................................. 1304. 1. 4 Orowan 修正...................................... 132&nbsp;4. 1. 5 Griffith 裂纹............................................ ]334.2 裂纹及其顶端的应力场............................ 1344.2.1 裂纹的来源及分类……………………………………………………… 1344.2.2 裂纹体理论概述……………………………………………………………… 1364.2.3 裂纹顶端的应力场…………………………………………………………… 1374.3 应力强度因子..................................................... 1424.3.1 应力强度因子的概念及意义................................ 1424.3.2 常见裂纹的应力强度因子…………………………………………………… 1434.4 应力强度因子的塑性区修正............................. 1464.4.1 裂纹顶端的塑性区………………………………………………………… 1464.4.2 有效屈服应力与塑性约束系数.............................................. 1494.4.3 应力松弛对塑性区的影响…………………………………………………… 1494.4.4 应力强度因子的塑性区修正................................................... 1504.4.5 小范围屈服与线弹性断裂力学的适用范围.................. 1524. 5 应力强度因子断裂准则................... ................................. 1534.5.1 断裂准则与断裂韧性………………………………………………………… 1534.5.2 应用举例………………………………………………………………… 1544.6 断裂韧性的测试....................................................... 1564.6.1 金属材料的平面应变断裂韧性...................................... 1564.6.2 陶瓷材料的平面应变断裂韧性................................................ 1604. 7 断裂强度的统计性................................................... 1614. 7. 1 断裂强度波动的分析................................................ 1614.7.2 断裂强度的统计分析................................................ 1624.7.3 应力函数的求法及韦伯函数分布.......................................... 1634.7.4 韦伯函数中m 及町的求法….......................................... 1644.7.5 有效体积的计算................................... 1644.7.6 韦伯统计的应用与实例……………………………………………………… 1644.8 断裂韧性的影响因素、估算与提升措施................................. 1664.8.1 断裂韧性的影响因素........................................... 1664.8.2 断裂韧性的估算……………………………………………………… 1704.8.3 断裂韧性的提升措施………………………………………………………… 172复习思考题........................... 175 第5 章材料在变动载荷下的力学性能………………………………1785.1 变动载荷（应力）和疲劳破坏的特征....................178 4 1111 材料力学性能原理与实验教程5. 1. 1 变动载荷(应力)及其描述参量........................................... 1785. 1. 2 疲劳的分类、特点及断口特征............................................. 1795.2 高周疲劳.............................................................. 1825.2.1 疲劳曲线和疲劳极限............................................. 1825.2.2 不对称循环应力下的S-N 曲线和疲劳极限.............................. 1885.2.3 疲劳缺口敏感度……………………………………………………… 1905.2.4 变幅应力与疲劳累积损伤.............................................. 1925.3 低周疲劳、热疲劳与冲击疲劳................................................ 1935.3.1 低周疲劳的特点…........................................................... 1945. 3.2 循环硬化和循环软化………………………………………………………… 1955.3.3 循环应力-应变曲线与应变-寿命曲线................................ 1965.3.4 热疲劳与冲击疲劳…………………………………………………………… 1985.4 疲劳裂纹扩展............................................................. 1995.4.1 疲劳裂纹扩展试验…………………………………………………………… 2∞5.4.2 疲劳裂纹扩展速率…………………………………………………………… 2015.4.3 疲劳裂纹扩展速率的影响因素 ............................... .2025.4.4 疲劳裂纹扩展寿命的估算.............................................2045.5 疲劳裂纹的萌生与扩展机理.....................................................2055.5.1 疲劳裂纹的萌生………………………………………………………… 2065.5.2 疲劳裂纹扩展的方式和机理............................................ 2085.6 疲劳强度的影响因素与改善措施........................................... .2095.6.1 疲劳强度的影响因素..............................................2095.6.2 疲劳强度的改善措施..................................................... 2105. 7 聚合物的疲劳....................................................... .2115. 7. 1 聚合物的S-N 曲线和疲劳热破坏.......................................2115.7.2 聚合物的疲劳强度…………………………………………………………… 2125.7.3 聚合物的疲劳裂纹扩展.................................................. 2125.8 陶瓷材料的疲劳....................................... 2135.8.1 静疲劳………………………………………………………………………… 2145.8.2 循环应力疲劳………………………………………………………………… 215复习思考题………………………………………………………………………………… 215第6 章材料在环境条件下的力学性能........................... 2176. 1 应力腐蚀断裂................................................... 2186. 1. 1 应力腐蚀断裂的特征………………………………………………………… 2186. 1. 2 典型材料的应力腐蚀……………………………………………………2206. 1. 3 应力腐蚀断裂的测试方法与评价指标....................................... 2216. 1. 4 应力腐蚀断裂的影响因素............................................2266. 1. 5 应力腐蚀断裂的机理………………………………………………………… 2286. 1. 6 应力腐蚀断裂的防护措施.......................2306.2 &nbsp;氢致断裂....................................231 6.2.1 金属中的氢...................................................... 2316.2.2 氢致断裂的类型和特征……………………………………………………… 2316.2.3 氢致滞后断裂的机理………………………………………………………… 2336.2.4 氢致断裂与应力腐蚀断裂的关系........................................... 2346.2.5 氢致断裂的测试与评价……………………………………………………… 2366.2.6 氢致断裂的防护措施………………………………………………………… 2376.3 腐蚀疲劳断裂......................................................... 2376.3.1 腐蚀疲劳断裂的特点………………………………………………………… 2376.3.2 腐蚀疲劳断裂的机制………………………………………………………… 2396.3.3 腐蚀疲劳裂纹的扩展速率…………………………………………………… 2406.3.4 腐蚀疲劳的影响因素………………………………………………………… 2416.3.5 腐蚀疲劳的防护措施………………………………………………………… 2436.4 腐蚀磨损脆性.............................................. .........2446.4.1 腐蚀磨损脆性的现象和特点..........................................2446.4.2 腐蚀磨损脆性的机制…………………………………………………… 2456.4.3 典型材料的腐蚀磨损脆性…………………………………………………… 2466.4.4 腐蚀磨损脆性的测试方法与评价指标................................. 2516.4.5 腐蚀磨损脆性与应力腐蚀、氢脆、腐蚀疲劳的关系........................... 2536.4.6 腐蚀磨损脆性的防护措施............................... 2546.5 辐照脆性………………………………… 2556.5.1 辐照损伤……………………………………………………………… 2556.5.2 辐照效应……………………………………………………………… 2566.5.3 辐照致脆机理………………………………………………………………… 2596.5.4 辐照损伤的回复与控制............................................ 2616.6 液(固)态金属脆性..................................................... 2626.6.1 金属脆性的现象和特征………………………………………………2626.6.2 典型材料的金属脆性………………………………………………… 2636.6.3 金属脆性的机制........................................................ 2666. 7 无机材料的环境脆性.................................................... 2686. 7. 1 元机材料环境脆性的现象和特点.......................................... 2686.7.2 玻璃和陶瓷材料的环境脆性................................................2696.7.3 无机材料环境脆性的裂纹扩展速率............................................. 2716.7.4 元机材料的环境脆性机制................................................. 2736.8 聚合物的环境脆性......................................................... 2746.8.1 水性介质中聚合物的环境脆性........................... 2746.8.2 有机溶剂体系中聚合物的环境应力开裂......................... 276复习思考题………………………………………………………………………………… 278第7 章材料在高温条件下的力学性能............................................ 2817.1 高温与高温力学性能的特点.............................................. 2817. 1. 1 高温的概念……………………………………………………… 2817. 1. 2 高温力学性能的特点........…….........……………….........…………….2817.2 材料的蠕变..............................…….............….................... 2827. 2. 1 蠕变曲线……...............…..............….........….......................... 2827.2.2 蠕变机制……………………………………………………………………… 2857.2.3 蠕变极限.........……………………………………………………………… 2897.2.4 持久强度与持久塑性.................................................2907.2.5 蠕变的影响因素.................….........…............................................… 2927.3 应力松弛…......................………………..................…................. 2957.3. 1 应力松弛现象…......………………………………………………………….. 2957.3.2 应力松弛稳定性……………………………………………………………… 2967.4 高温疲劳及疲劳与蠕变的交互作用……........………………………........... 2987.4. 1 基本加载方式和σ － e 曲线…………………………................…........ 2987. 4.2 高温疲劳的一般规律….....................................…....................... 2987. 4.3 疲劳与蠕变的交互作用…….........….........………….............…........ 3017.5 高温热暴露…...............….......….........…..............................3037. 5. 1 热暴露评定指标…......……………………………………………………….. 3037.5.2 热暴露的特点……......................….......………..........…............... 3037.5.3 热暴露的影响因素................................................................. 3047.5.4 热暴露机理………........…….............................................…........ 3057.6 陶瓷材料的抗热震性..........................….........………………........ 3057.6. 1 热震断裂…..........……………………………………………………….3067.6.2 热震损伤........……………………………………………………………. 3077.6.3 热震寿命…………………………………………………………………….. 307复习思考题………………………………………………………………………………… 309第8 章材料的摩擦与磨损性能.................................................3118. 1 材料的表面形态与接触·..................................................3118. 1. 1 表面形貌参数……......……………………………………………………… 3118. 1. 2 材料的表面结构和表面性质........……........................................ 3158. 1. 3 粗糙表面的接触........................................................................ 3178.2 材料的摩擦…........….......................….............................…….......... 3208.2. 1 摩擦的概念与分类................….................................................. 3208.2.2 经典摩擦理论………........................……….............................…· 3218.2.3 分子－机械摩擦理论………………………………………………………… 3228.2.4 带着摩擦理论……......……………………………………………………… 3248.3 材料的磨损.......................…….........…………………..........………… 3288. 3. 1 磨损的概念与分类…………………………………………………………… 3288.3.2 磨损过程….…....……………………………………………………………· 3298.3.3 黠着磨损........………………………………………………………………· 3318.3.4 磨粒磨损......…...............………………………………………………… 3348. 3. 5 疲劳磨损……………………………………………………………………… 3408.3.6 腐蚀磨损……………………………………………………………………… 3448.3. 7 冲蚀磨损与微动磨损………………………………………………………… 3468.4 摩擦磨损的测试方法........…….........…….................................……·… 3508.4. 1 摩擦磨损测试仪器……................... . ...........….........…................. 3508.4.2 摩擦磨损的测量与评定…·………………………………………………….. 3528.5 摩擦磨损的控制…………………........……...............……...................… 3558. 5. 1 润滑剂的使用………………………………………………………………… 3558.5.2 摩擦副材料的选择…………………………………………………………… 3568.5.3 材料的表面改性与强化处理………………………………………………… 357复习思考题........…….........................….......…...................................... 359第9 章材料在纳米尺度下的力学性能…........……........................................... 3619. 1 纳米科技概述…........……….........……..........................................…. 3619. 1. 1 纳米科技的概念……………………………………………………………… 3619. 1. 2 纳米科技的内涵.......................................…..........………....……… 3629.2 纳米力学测试技术........…..................……....................................…· 3639.2. 1 扫描隧道显微镜……….………………………….................…· 3639.2.2 原子力显微镜………………………………………………………………… 3659.2.3 扫描探针显微镜….………………………………………………………….. 3669.2.4 纳米硬度计…………………………………………………………………… 3679.3 纳米材料的力学性能…............................................……...........……… 3699.3. 1 概述…….......…............................................3699.3.2 纳米金属材料的力学性能…………...............….................................. 3739.3.3 纳米陶瓷材料的力学性能…………………………………………………… 3769.3.4 纳米碳管的力学性能………………………………………………………… 3779.3.5 聚合物单分子链的力学性能…….......………........…......................... 3859.4 纳米摩擦、磨损与加工.................…..................….........…................... 3889.4. 1 纳米摩擦……………………………………………………………………… 3889.4.2 纳米磨损….……………………………………………………………….. 3929.4.3 纳米加工……………………………………………………………………… 393复习思考题…...........................……………………………………………………… 394第10 章复合材料的力学性能…………………………………………………………… 39510. 1 复合材料的概念与性能特点……........…………….........….........…………· 39510. 1. 1 复合材料的定义与分类……………………………………………………… 39510. 1. 2 复合材料的性能特点………………………………………………………… 39710.2 单向连续纤维复合材料的力学性能…....................................………· 39810. 2. 1 单向连续纤维复合材料的弹性性能…........................................ 39810.2.2 单向连续纤维复合材料的强度……..............................................…··物410. 3 短纤维复合材料的力学性能……….................…............................ 40810. 3. 1 应力传递理论..…………………………………………………………….. 40810. 3. 2 短纤维复合材料的弹性模量………………………………………………… 41110.3.3 短纤维复合材料的强度……………………………………………………… 41210.4 复合材料的断裂、冲击与疲劳性能…........…...........................….......... 41310. 4. 1 复合材料的断裂过程与能量分析........…........................................ 41310.4.2 复合材料的冲击性能………………………………………………………… 41710.4.3 复合材料的疲劳性能………………………………………………………… 418复习思考题…............................................……................……................. 420第11 章材料力学性能实验.........…........…….........………............................ 42211. 1 力学性能实验概述.................…...........................…........... 42211. 2 常规力学性能实验…........…..........…...................................….......... 42411. 2. 1 材料的静载拉伸实验………………………………………………………… 42411. 2. 2 材料的弹性模量实验………………………………………………………… 42711. 2. 3 材料的扭转实验……………………………………………………………… 42911. 2. 4 材料的弯曲实验...................................…..................…….......... 43211. 2. 5 材料的压缩实验……………………………………………………………… 43511. 2. 6 材料的硬度实验…....……………………………………………………….. 43811. 2. 7 材料的冲击实验………........……………...................................….. 44311. 2. 8 材料的平面应变断裂韧性实验…......................….......................... 44811. 2. 9 材料的疲劳实验……………………………………………………………… 45011. 2. 10 材料的应力腐蚀实验……..............................................…........ 45311. 2. 11 材料的蠕变实验……........……...........................................……· 45611. 2. 12 材料的摩擦与磨损实验...................…...............….................... 45911. 3 综合力学性能实验..................….........…...........................…….......... 46111. 3. 1 碳化硅增强铝基复合材料的力学性能实验..........……......................... 46111. 3. 2 材料失效案例分析实验.......................…................... 46511. 3. 3 典型零件的材料选择、结构设计与应用实验……..............…............. 467附录……........…..............………........……….........……….........……….......... 471附录1 材料力学性能中的常用单位换算表..........................…...................... 471附录2 常用材料的力学性能…........…........................…….…........….......... 472附录3 部分材料的平面应变断裂韧性Krc ..............….........................….........…· 473附录4 部分工程材料的疲劳门槛值△Kth ........….…................................. 474参考文献……………………………………………………………………………………… 475