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第1章 概论1

1.1材料与材料科学1

1.1.1材料的概念与分类1

1.1.2材料科学与工程2

1.2材料的性能与分析方法3

1.2.1材料的性能3

1.2.2材料性能分析方法4

1.3材料的力学性能6

1.3.1材料力学性能的概念与主要指标6

1.3.2材料力学性能的研究内容7

1.3.3材料力学性能的研究目的和意义8

1.3.4材料力学性能的应用举例9

1.4课程特点、教学思路与教学安排10

1.4.1课程特点10

1.4.2教学思路11

1.4.3教学安排12

复习思考题13

第2章 材料的静载拉伸力学性能14

2.1静载拉伸试验14

2.1.1应力-应变曲线14

2.1.2拉伸强度指标20

2.1.3塑性指标及其意义22

2.2弹性变形23

2.2.1弹性变形及其物理本质24

2.2.2弹性性能的工程意义28

2.2.3弹性不完整性32

2.3塑性变形37

2.3.1金属材料的塑性变形机制与特点37

2.3.2屈服现象及其本质38

2.3.3真实应力-应变曲线及形变强化规律40

2.3.4陶瓷材料的塑性变形44

2.4材料的断裂47

2.4.1金属材料的断裂48

2.4.2陶瓷材料的断裂56

2.4.3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63

3.1应力状态系数和力学状态图64

3.1.1应力状态系数64

3.1.2力学状态图65

3.2材料的扭转、弯曲、压缩和剪切67

3.2.1材料的扭转67

3.2.2材料的弯曲70

3.2.3材料的压缩73

3.2.4材料的剪切75

3.2.5几种静载试验方法的比较76

3.3材料的硬度77

3.3.1硬度的概念与分类77

3.3.2布氏硬度78

3.3.3洛氏硬度82

3.3.4维氏硬度85

3.3.5显微硬度87

3.3.6肖氏硬度88

3.3.7莫氏硬度89

3.3.8常用材料的硬度89

3.3.9硬度与其他力学性能指标的关系90

3.4缺口试样的力学性能91

3.4.1缺口效应91

3.4.2缺口试样力学性能试验96

3.5材料在冲击载荷下的力学性能102

3.5.1加载速率与应变速率102

3.5.2冲击载荷的能量性质102

3.5.3冲击载荷下材料的变形与断裂的特点103

3.5.4缺口试样的冲击试验与冲击韧性103

3.5.5冲击试样断裂过程分析108

3.5.6冲击试验的应用109

3.6材料的低温脆性110

3.6.1低温脆性的现象110

3.6.2低温脆性的本质112

3.6.3低温脆性的评定112

3.6.4低温脆性的影响因素119

复习思考题124

第4章 材料的断裂强度与断裂韧性126

4.1断裂强度126

4.1.1理论断裂强度127

4.1.2宏观缺陷的影响129

4.1.3 Griffith断裂理论130

4.1.4 Orowan修正132

4.1.5 Griffith裂纹133

4.2裂纹及其顶端的应力场134

4.2.1裂纹的来源及分类134

4.2.2裂纹体理论概述136

4.2.3裂纹顶端的应力场137

4.3应力强度因子142

4.3.1应力强度因子的概念及意义142

4.3.2常见裂纹的应力强度因子143

4.4应力强度因子的塑性区修正146

4.4.1裂纹顶端的塑性区146

4.4.2有效屈服应力与塑性约束系数149

4.4.3应力松弛对塑性区的影响149

4.4.4应力强度因子的塑性区修正150

4.4.5小范围屈服与线弹性断裂力学的适用范围152

4.5应力强度因子断裂准则153

4.5.1断裂准则与断裂韧性153

4.5.2应用举例154

4.6断裂韧性的测试156

4.6.1金属材料的平面应变断裂韧性156

4.6.2陶瓷材料的平面应变断裂韧性160

4.7断裂强度的统计性质161

4.7.1断裂强度波动的分析161

4.7.2断裂强度的统计分析162

4.7.3应力函数的求法及韦伯函数分布163

4.7.4韦伯函数中m及σ0的求法164

4.7.5有效体积的计算164

4.7.6韦伯统计的应用与实例164

4.8断裂韧性的影响因素、估算与提升措施166

4.8.1断裂韧性的影响因素166

4.8.2断裂韧性的估算170

4.8.3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178

5.1变动载荷（应力）和疲劳破坏的特征178

5.1.1变动载荷（应力）及其描述参量178

5.1.2疲劳的分类、特点及断口特征179

5.2高周疲劳182

5.2.1疲劳曲线和疲劳极限182

5.2.2不对称循环应力下的S-N曲线和疲劳极限188

5.2.3疲劳缺口敏感度190

5.2.4变幅应力与疲劳累积损伤192

5.3低周疲劳、热疲劳与冲击疲劳193

5.3.1低周疲劳的特点194

5.3.2循环硬化和循环软化195

5.3.3循环应力-应变曲线与应变-寿命曲线196

5.3.4热疲劳与冲击疲劳198

5.4疲劳裂纹扩展199

5.4.1疲劳裂纹扩展试验200

5.4.2疲劳裂纹扩展速率201

5.4.3疲劳裂纹扩展速率的影响因素202

5.4.4疲劳裂纹扩展寿命的估算204

5.5疲劳裂纹的萌生与扩展机理205

5.5.1疲劳裂纹的萌生206

5.5.2疲劳裂纹扩展的方式和机理208

5.6疲劳强度的影响因素与改善措施209

5.6.1疲劳强度的影响因素209

5.6.2疲劳强度的改善措施210

5.7聚合物的疲劳211

5.7.1聚合物的S-N曲线和疲劳热破坏211

5.7.2聚合物的疲劳强度212

5.7.3聚合物的疲劳裂纹扩展212

5.8陶瓷材料的疲劳213

5.8.1静疲劳214

5.8.2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217

6.1应力腐蚀断裂218

6.1.1应力腐蚀断裂的特征218

6.1.2典型材料的应力腐蚀220

6.1.3应力腐蚀断裂的测试方法与评价指标221

6.1.4应力腐蚀断裂的影响因素226

6.1.5应力腐蚀断裂的机理228

6.1.6应力腐蚀断裂的防护措施230

6.2氢致断裂231

6.2.1金属中的氢231

6.2.2氢致断裂的类型和特征231

6.2.3氢致滞后断裂的机理233

6.2.4氢致断裂与应力腐蚀断裂的关系234

6.2.5氢致断裂的测试与评价236

6.2.6氢致断裂的防护措施237

6.3腐蚀疲劳断裂237

6.3.1腐蚀疲劳断裂的特点237

6.3.2腐蚀疲劳断裂的机制239

6.3.3腐蚀疲劳裂纹的扩展速率240

6.3.4腐蚀疲劳的影响因素241

6.3.5腐蚀疲劳的防护措施243

6.4腐蚀磨损脆性244

6.4.1腐蚀磨损脆性的现象和特点244

6.4.2腐蚀磨损脆性的机制245

6.4.3典型材料的腐蚀磨损脆性246

6.4.4腐蚀磨损脆性的测试方法与评价指标251

6.4.5腐蚀磨损脆性与应力腐蚀、氢脆、腐蚀疲劳的关系253

6.4.6腐蚀磨损脆性的防护措施254

6.5辐照脆性255

6.5.1辐照损伤255

6.5.2辐照效应256

6.5.3辐照致脆机理259

6.5.4辐照损伤的回复与控制261

6.6液（固）态金属脆性262

6.6.1金属脆性的现象和特征262

6.6.2典型材料的金属脆性263

6.6.3金属脆性的机制266

6.7无机材料的环境脆性268

6.7.1无机材料环境脆性的现象和特点268

6.7.2玻璃和陶瓷材料的环境脆性269

6.7.3无机材料环境脆性的裂纹扩展速率271

6.7.4无机材料的环境脆性机制273

6.8聚合物的环境脆性274

6.8.1水性介质中聚合物的环境脆性274

6.8.2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281

7.1高温与高温力学性能的特点281

7.1.1高温的概念281

7.1.2高温力学性能的特点281

7.2材料的蠕变282

7.2.1蠕变曲线282

7.2.2蠕变机制285

7.2.3蠕变极限289

7.2.4持久强度与持久塑性290

7.2.5蠕变的影响因素292

7.3应力松弛295

7.3.1应力松弛现象295

7.3.2应力松弛稳定性296

7.4高温疲劳及疲劳与蠕变的交互作用298

7.4.1基本加载方式和σ-ε曲线298

7.4.2高温疲劳的一般规律298

7.4.3疲劳与蠕变的交互作用301

7.5高温热暴露303

7.5.1热暴露评定指标303

7.5.2热暴露的特点303

7.5.3热暴露的影响因素304

7.5.4热暴露机理305

7.6陶瓷材料的抗热震性305

7.6.1热震断裂306

7.6.2热震损伤307

7.6.3热震寿命307

复习思考题309

第8章 材料的摩擦与磨损性能311

8.1材料的表面形态与接触311

8.1.1表面形貌参数311

8.1.2材料的表面结构和表面性质315

8.1.3粗糙表面的接触317

8.2材料的摩擦320

8.2.1摩擦的概念与分类320

8.2.2经典摩擦理论321

8.2.3分子-机械摩擦理论322

8.2.4黏着摩擦理论324

8.3材料的磨损328

8.3.1磨损的概念与分类328

8.3.2磨损过程329

8.3.3黏着磨损331

8.3.4磨粒磨损334

8.3.5疲劳磨损340

8.3.6腐蚀磨损344

8.3.7冲蚀磨损与微动磨损346

8.4摩擦磨损的测试方法350

8.4.1摩擦磨损测试仪器350

8.4.2摩擦磨损的测量与评定352

8.5摩擦磨损的控制355

8.5.1润滑剂的使用355

8.5.2摩擦副材料的选择356

8.5.3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361

9.1纳米科技概述361

9.1.1纳米科技的概念361

9.1.2纳米科技的内涵362

9.2纳米力学测试技术363

9.2.1扫描隧道显微镜363

9.2.2原子力显微镜365

9.2.3扫描探针显微镜366

9.2.4纳米硬度计367

9.3纳米材料的力学性能369

9.3.1概述369

9.3.2纳米金属材料的力学性能373

9.3.3纳米陶瓷材料的力学性能376

9.3.4纳米碳管的力学性能377

9.3.5聚合物单分子链的力学性能385

9.4纳米摩擦、磨损与加工388

9.4.1纳米摩擦388

9.4.2纳米磨损392

9.4.3纳米加工393

复习思考题394

第10章 复合材料的力学性能395

10.1复合材料的概念与性能特点395

10.1.1复合材料的定义与分类395

10.1.2复合材料的性能特点397

10.2单向连续纤维复合材料的力学性能398

10.2.1单向连续纤维复合材料的弹性性能398

10.2.2单向连续纤维复合材料的强度404

10.3短纤维复合材料的力学性能408

10.3.1应力传递理论408

10.3.2短纤维复合材料的弹性模量411

10.3.3短纤维复合材料的强度412

10.4复合材料的断裂、冲击与疲劳性能413

10.4.1复合材料的断裂过程与能量分析413

10.4.2复合材料的冲击性能417

10.4.3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422

11.1力学性能实验概述422

11.2常规力学性能实验424

11.2.1材料的静载拉伸实验424

11.2.2材料的弹性模量实验427

11.2.3材料的扭转实验429

11.2.4材料的弯曲实验432

11.2.5材料的压缩实验435

11.2.6材料的硬度实验438

11.2.7材料的冲击实验443

11.2.8材料的平面应变断裂韧性实验448

11.2.9材料的疲劳实验450

11.2.10材料的应力腐蚀实验453

11.2.11材料的蠕变实验456

11.2.12材料的摩擦与磨损实验459

11.3综合力学性能实验461

11.3.1碳化硅增强铝基复合材料的力学性能实验461

11.3.2材料失效案例分析实验465

11.3.3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KIc473

附录4 部分工程材料的疲劳门槛值△Kth474

参考文献475