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第1篇 基础研究方法篇 2

第1章 绪论 2

1.1 高技术与现代固体材料 2

1.2 现代固体材料的分类 4

1.3 固体材料的力学行为概述 4

1.4 材料力学行为的研究与应用 5

1.4.1 弹性变形 5

1.4.2 塑性变形 9

1.4.3 断裂行为 10

1.4.4 疲劳行为 11

1.4.5 蠕变行为 12

参考文献 13

第2章 硬度试验与分析 14

2.1 硬度简介 14

2.1.1 日常生活中的硬度 14

2.1.2 硬度在材料力学性质中的意义 14

2.1.3 材料硬度试验方法 15

2.2 金属材料硬度的定义与试验方法 15

2.3 硬度试验结果分析 19

2.3.1 材料硬度与强度间的关系 19

2.3.2 拉伸强度与各种硬度间的换算关系 22

2.4 纳米硬度测试及相关计算 23

2.4.1 纳米压痕测试原理 23

2.4.2 纳米硬度与传统硬度的区别 25

2.4.3 典型案例 25

参考文献 26

第3章 单向拉伸压缩试验与分析 27

3.1 引言 27

3.1.1 弹性阶段 31

3.1.2 屈服阶段 35

3.1.3 强化阶段 39

3.1.4 颈缩阶段 40

3.2 金属材料拉伸现象的细微观解释 41

3.2.1 金属材料的弹性 41

3.2.2 金属材料的屈服 42

3.2.3 金属材料的应变强化 43

3.2.4 材料紧缩阶段出现断裂 44

3.3 弹性破坏与断裂准则 45

3.4 应力集中和缺口效应对材料断裂的影响 46

3.4.1 加载速率或应变速率对材料力学性能的影响 48

3.4.2 拉伸试验的步骤 48

3.5 特殊试样的拉伸压缩试验方法与分析 49

3.6 断口分析 55

参考文献 57

第4章 力-变形电测试验方法与分析 59

4.1 引言 59

4.2 电阻应变片及转换原理 63

4.3 温度补偿问题 70

4.4 电阻应变仪 70

4.5 应变测量与应力分析方法 70

参考文献 84

第5章 复合材料的力学性能检测方法 85

5.1 复合材料单向力学性能的试验测定 85

5.2 纤维和基体性能的测定 86

5.2.1 纤维性能及测定方法 87

5.2.2 基体性能测定方法 88

5.2.3 弯曲试验 89

5.2.4 层间剥离试验 91

5.3 复合材料的双向力学性能检测 92

5.4 典型案例分析：聚酰胺／蒙脱土微纳米复合薄膜拉伸行为特性 98

参考文献 104

第6章 小尺度下力学行为SEM原位试验与分析 107

6.1 引言 107

6.2 SEM原位力学行为试验工作原理与特点 108

6.2.1 扫描电子显微镜的工作原理与特点 108

6.2.2 试样的加热、加载下的SEM原位试验 115

6.3 SEM原位力学行为试验用试样制备技术 119

6.4 SEM原位扫描图片景深比较 123

参考文献 123

第7章 残余应力检测与分析 125

7.1 引言 125

7.2 残余应力的测量方法 126

7.2.1 物理式残余应力测试方法 126

7.2.2 机械式残余应力测试方法 126

7.3 机械式平面残余应力测试方法 127

7.3.1 小孔释放法基本原理 127

7.3.2 反向加载的载荷计算 127

7.3.3 用应变花测量残余主应力及方向 128

7.4 机械式三维残余应力的测试与分析方法 132

7.4.1 应用广义胡克定律的测量方法 132

7.4.2 应用三维静力平衡方程式的测量方法 134

7.5 磁测残余应力方法 136

7.5.1 磁测技术分类 137

7.5.2 巴克豪生效应在无损检测与评估中的应用 138

7.5.3 影响磁测残余应力的主要因素 141

7.5.4 四极磁探头的磁测残余应力模型 145

7.6 磁测残余应力试验分析 147

7.7 磁测残余应力的实际应用实例 148

7.7.1 宝山钢铁厂新型钢材焊接残余应力检测 148

7.7.2 扬子石化压力容器焊缝附近残余应力检测 150

参考文献 159

第8章 疲劳试验基本概念与方法 162

8.1 引言 162

8.2 疲劳试验方法简介 165

8.3 疲劳的基本概念 167

8.4 疲劳裂纹扩展速率的评价方法 178

8.4.1 疲劳裂纹扩展的线弹性破坏力学 178

8.4.2 疲劳裂纹扩展的弹塑性破坏力学 181

8.5 一种简单疲劳寿命预测方法 186

8.6 特殊条件下的疲劳行为 193

8.6.1 接触疲劳 193

8.6.2 微动疲劳 193

8.6.3 多轴疲劳 194

8.6.4 疲劳寿命的表征 195

8.6.5 聚合物材料的疲劳问题 196

参考文献 197

第2篇 专题研究应用篇 202

第9章 镁铝合金微观力学行为试验研究 202

9.1 引言 202

9.1.1 镁及镁铝合金的性能特点 202

9.1.2 镁铝合金的工业应用 203

9.1.3 镁铝合金的发展方向 206

9.1.4 镁铝合金的研究现状 206

9.2 铸造镁铝合金疲劳裂纹萌生与扩展行为研究 207

9.2.1 材料与试验方法 207

9.2.2 疲劳小裂纹萌生规律 209

9.2.3 疲劳小裂纹扩展特征 211

9.2.4 疲劳裂纹扩展速率的评价方法 214

9.3 高温下的镁铝合金疲劳行为研究 217

9.3.1 高温条件下铸造AM50合金的疲劳裂纹扩展速率表征 217

9.3.2 影响铸造AM50合金高温疲劳裂纹扩展速率的变化机理 218

9.4 Ca/Sr添加对铸造镁铝合金的力学行为影响 220

9.4.1 Ca/Sr添加对AZ91D合金的组织及力学性能的影响 220

9.4.2 Ca/Sr添加镁铝合金的原位拉伸试验研究与分析 222

9.5 缺口对铸造镁铝合金的力学行为影响讨论 229

9.5.1 应力集中的影响 229

9.5.2 有限元模拟分析 230

参考文献 241

第10章 超高强度钢的微观力学行为SEM原位试验与分析 246

10.1 引言 246

10.1.1 超高强度钢的力学性能特点 246

10.1.2 超高强度钢的应用 247

10.1.3 超高强度钢总体发展趋势 248

10.1.4 含夹杂物的超高强度钢微观破坏机制研究的意义 249

10.1.5 夹杂物附近疲劳裂纹萌生方式 249

10.2 超高强度钢的一般制备工艺 250

10.2.1 金属的强化手段 250

10.2.2 本实验研究中所用的超高强度钢 251

10.3 含夹杂物的超高强度钢的SEM原位静态拉伸试验与分析 253

10.3.1 实验设备与试样制备 253

10.3.2 SEM原位静态拉伸试验结果与分析 254

10.4 含夹杂物的超高强度钢的SEM原位疲劳试验与分析 255

10.5 夹杂物形状、大小对裂纹萌生与扩展的影响分析 258

10.5.1 夹杂物形状对裂纹萌生与扩展的影响 258

10.5.2 夹杂物形状对裂纹萌生位置的影响 259

10.5.3 夹杂物大小的影响 261

10.5.4 压痕标记对裂纹扩展的影响 262

10.6 含夹杂物的超高强度钢的应力应变场有限元模拟分析 265

10.6.1 疲劳微裂纹萌生的两个模型：棘轮效应与Shake-Down模型 265

10.6.2 硬质夹杂周围应力场的有限元分析 265

参考文献 272

第11章 导电高分子薄膜力学行为试验研究 275

11.1 引言 275

11.2 导电高分子薄膜制备工艺与力学 280

11.2.1 导电高分子制备过程 280

11.2.2 导电高分子薄膜沉积机理与分析 281

11.3 导电高分子薄膜力学行为试验与分析 294

11.3.1 实验方法及装置简介 294

11.3.2 导电聚噻吩薄膜材料试验结果与讨论 296

11.3.3 导电聚吡咯薄膜的强度参数检测及比较 300

11.3.4 小结 302

11.4 导电高分子薄膜显微结构与力学行为间的关系 302

11.5 断口分析与聚吡咯薄膜微结构分析 304

小结 310

参考文献 311

第12章 “三明治”复合结构材料的力学行为试验研究 313

12.1 引言 313

12.1.1 国内外对夹层板的研究简述 313

12.1.2 夹层板的理论设计基础 316

12.2 “三明治”复合结构材料的制备工艺特点 321

12.3 “三明治”复合结构材料的力学行为试验与分析 323

12.3.1 拉伸试验结果与分析 323

12.3.2 U3Si2-Al复合燃料板三点弯曲试验与分析 328

12.3.3 U3Si2-Al复合燃料板疲劳试验结果与分析 330

12.4 “三明治”复合结构核材料界面附近变形的数字散斑分析方法 333

12.4.1 DSCM对SEM图片的适应性实验 337

12.4.2 刚体位移实验 338

12.4.3 SEM原位弯曲载荷对应的图像序列 339

12.5 复合材料层压板疲劳寿命简便估计方法 343

参考文献 344

第13章 生物材料微结构与力学行为检测 346

13.1 引言 346

13.2 典型案例一 347

13.3 典型案例二 358

13.4 典型案例三 366

13.5 典型案例四 371

13.6 典型案例五 374

参考文献 376

附录A 试验研究报告写作范例 377

附录B 研究性论文写作范例 382

参考文献 389

索引 390