材料力学行为PDF电子书下载

第1章　材料的弹性与滞弹性 1

1.1　受力与变形的表述方法 1

1.1.1　受力状态的表述 1

1.1.2　变形的表述 3

1.2　材料的弹性概述 4

1.2.1　材料的弹性变形与塑性变形 4

1.2.2　材料的弹性类型 5

1.2.3　工程材料的弹性特点 6

1.3　材料的弹性变形规律 7

1.3.1　线弹性应力-应变关系——胡克定律 7

1.3.2 晶体的弹性各向异性与广义胡克定律 8

1.4　线弹性材料的弹性常数 10

1.4.1　各向同性材料的弹性常数 10

1.4.2　晶体的弹性常数及其各向异性 10

1.5　线弹性变形的机理与影响因素 13

1.5.1　材料弹性的结合键机制 14

1.5.2　材料在键合机制下的弹性模量与相关因素 15

1.6　高分子材料的弹性与影响因素 17

1.6.1　高分子材料的弹性变形 17

1.6.2　原子结合键机制的弹性变形 18

1.6.3　构象熵机制的弹性变形 19

1.6.4　高弹体弹性的变形规律及影响因素 20

1.7　材料的刚度与异常弹性 22

1.7.1 材料的刚度与比模量 22

1.7.2　材料的弹性反常 22

1.8　材料的滞弹性 24

1.8.1　滞弹性的标准线性固体模型 25

1.8.2　标准线性固体的应力松弛与弹性后效 26

1.8.3　一般情况下的应力-应变关系 28

1.8.4　模量的频率特性及模量亏损 29

1.9　材料的内耗 31

1.9.1　内耗性能指标 32

1.9.2　标准线性固体的内耗特性 33

1.9.3　斯诺克（Snoek）内耗峰及其微观机理 34

1.9.4　斯诺克内耗峰的影响因素及应用 35

1.9.5　其他弛豫型内耗 37

1.9.6　静态滞后型内耗 39

第2章　工程材料在静载下的力学行为 42

2.1　金属在静拉伸条件下的力学行为 42

2.1.1　拉伸试验 42

2.1.2　单向拉伸时的工程应力、应变与真应力、真应变 43

2.1.3　单晶体金属材料拉伸过程的变形行为 45

2.1.4　多晶塑性材料拉伸过程中工程应力应变曲线的一般形状 49

2.1.5　力学参数测定 50

2.1.6　材料的屈服 53

2.1.7　均匀塑性变形阶段的Hollomon公式 55

2.1.8　静拉伸条件下的颈缩现象与颈缩判据 57

2.1.9　静拉伸条件下的断裂 57

2.2　陶瓷试验 59

2.3　聚合物的变形 60

2.4　应力状态对材料力学行为的影响 60

2.4.1　应力状态软性系数α 61

2.4.2　联合强度理论 62

2.5　应力集中与缺口效应 66

2.5.1　孔的应力集中 67

2.5.2　缺口效应 68

2.5.3　缺口拉伸实验 70

2.5.4　缺口效应与拉伸试样颈缩部位应力分布 71

2.6　其他静载试验方法 71

2.6.1　压缩试验 71

2.6.2　弯曲试验 71

2.6.3　扭转试验 72

2.6.4　硬度试验 72

第3章　断裂与断裂韧性 74

3.1　断裂的分类方法 75

3.1.1　按载荷、环境、温度进行分类 76

3.1.2　根据断裂前塑性变形 76

3.1.3　根据断裂面的取向 76

3.1.4　根据裂纹扩展的途径 77

3.1.5　根据断裂机制 77

3.2　裂纹形核与扩展的物理模型 82

3.2.1　微裂纹形核的位错模型 82

3.2.2　裂纹扩展模型 83

3.3　理论断裂强度 84

3.3.1　理论断裂强度 84

3.3.2　实际金属材料的脆断强度 85

3.4 Griffith脆断理论 85

3.4.1 Griffith脆断理论 85

3.4.2 Griffith裂纹模型及判据 85

3.4.3　对一些断裂现象的解释 86

3.4.4　对Griffith脆断理论的评价 87

3.5 Griffith方程的修正及裂纹扩张力G 88

3.5.1　修改后的Griffith方程 88

3.5.2　裂纹扩张力G的导出及G判据 88

3.5.3 G判据与Gc的测定 89

3.6　应力强度因子K及断裂韧性KC 89

3.6.1　线弹性断裂力学中规定的三类裂纹 90

3.6.2　应力强度因子K 90

3.6.3 K判据（应力强度因子断裂判据），断裂韧性及其测定 94

3.6.4 KI及σ1,KIC及σs 96

3.6.5 应力强度因子K及裂纹扩张力G 96

3.7 Ⅰ型裂纹尖端的塑性区及其应力强度因子的修正 97

3.7.1　屈服判据及裂纹前沿应力分布 97

3.7.2　小范围屈服裂纹前沿塑性区 99

3.7.3　应力松弛对塑性区的影响 99

3.7.4　应力强度因子KI的塑性修正——KI,KIC理论应用范围——小范围屈服 101

3.8　断裂韧性原理在工程上的应用 103

3.9　断裂韧性KIC与材料的韧化 105

3.9.1　断裂韧性与断裂过程 105

3.9.2　材料的韧化 106

第4章　材料的脆性断裂和韧-脆转变 114

4.1　脆性断裂与材料的韧-脆转变 114

4.1.1　脆性断裂问题 114

4.1.2　材料韧-脆转变的影响因素 115

4.2 冲击载荷作用下金属变形与断裂的特点 117

4.2.1　冲击载荷的特征 118

4.2.2　冲击载荷下金属材料的变形与断裂 118

4.3　一次冲击试验与系列冲击试验 119

4.3.1　一次冲击试验 120

4.3.2　系列冲击试验 121

4.3.3　冲击试验的工程应用 123

4.4　多次重复冲击试验 125

第5章　材料的疲劳行为 127

5.1　金属与高分子材料的机械疲劳规律 128

5.1.1　疲劳行为中作用应力的描述 128

5.1.2　疲劳曲线与疲劳极限 129

5.1.3　金属材料疲劳的经验规律 130

5.2　金属材料机械疲劳的机理 132

5.2.1　金属材料疲劳裂纹萌生机理 132

5.2.2　金属材料疲劳裂纹扩展 134

5.2.3　金属疲劳宏观断口形貌 138

5.3　金属的机械疲劳性能与组织结构因素的关系 139

5.3.1　疲劳极限与疲劳裂纹形核寿命的影响因素 140

5.3.2　疲劳裂纹扩展的影响因素 141

5.3.3　疲劳裂纹的扩展速率与寿命评估 143

5.3.4　提高金属高周疲劳性能的特别措施 143

5.3.5　提高低周疲劳寿命的措施 145

5.4　金属机械疲劳性能的其他影响因素 146

5.4.1　循环应力参量影响与疲劳图 146

5.4.2 帕姆格林-米勒（Palmgren-Miner）疲劳损伤累积假说 148

5.4.3　循环应力频率的影响 149

5.4.4　应力状态的影响 150

5.4.5　疲劳特性的统计特征 151

5.4.6　几何因素对金属疲劳性能的影响 151

5.4.7　内禀疲劳与外延疲劳 153

5.5　金属材料的其他疲劳问题 154

5.5.1　接触疲劳 154

5.5.2　金属材料的热疲劳 156

第6章　材料的高温强度与强化 158

6.1　材料在高温环境下力学行为的特点 158

6.2　金属和陶瓷的蠕变现象和规律 159

6.3　蠕变变形和断裂机理 161

6.3.1　热激活与蠕变变形 161

6.3.2　蠕变变形机理 162

6.3.3　蠕变断裂机理 166

6.4　蠕变变形过程中的组织结构变化 168

6.5　工程蠕变数据的表示方法及长期性能的预测 169

6.5.1　蠕变极限 169

6.5.2　持久强度极限 170

6.5.3　长期寿命预测 172

6.6　应力松弛 173

6.7　金属高温力学行为的影响因素与强化 174

6.8　超塑性 176

6.8.1　金属超塑变形行为的特征 176

6.8.2　金属超塑性机理 177

6.8.3　结构陶瓷超塑性 180

第7章　材料在介质与应力共同作用下的行为 181

7.1　应力腐蚀断裂 181

7.1.1　应力腐蚀断裂的特征 181

7.1.2　应力腐蚀断裂的机理 184

7.1.3　应力腐蚀断裂的评定指标 185

7.1.4　应力腐蚀断裂的预防措施 187

7.2　氢脆 188

7.2.1　氢脆的分类 188

7.2.2　可逆氢脆 189

7.3　腐蚀疲劳断裂 193

7.3.1　腐蚀疲劳断裂的特点 193

7.3.2　腐蚀疲劳断口的形貌特征 194

7.3.3　腐蚀疲劳断裂的影响因素 194

7.3.4　腐蚀疲劳断裂的机理 195

7.3.5　腐蚀疲劳裂纹的扩展规律 195

7.3.6　腐蚀疲劳断裂的防护措施 196

第8章　金属材料的屈服强度与强化 197

8.1 概述 197

8.2 晶体材料中位错滑移的阻力 199

8.2.1　晶体中位错的基本性质 199

8.2.2　位错的晶格阻力及与材料塑性的关系 200

8.2.3　位错滑移的其他阻力与强化 202

8.3　点钉扎 203

8.3.1　点钉扎的强化效果 203

8.3.2　非均匀分布钉扎点的强化效果 204

8.4　金属材料中的固溶强化 205

8.4.1　对称畸变的固溶强化 207

8.4.2　非对称畸变的固溶强化及与对称畸变固溶强化效果的比较 208

8.4.3 固溶原子与位错的化学交互作用及其强化 210

8.4.4 固溶原子的弹性模量差与位错的交互作用及其强化 210

8.4.5　金属材料的应变时效现象 211

8.5　第二相强化 212

8.5.1　金属材料中的第二相粒子特性 213

8.5.2　位错切割粒子机制下的强化效果 214

8.5.3　共格粒子的应力场的强化效果 216

8.5.4　奥罗万（Orowan）绕过机制下的强化效果 216

8.5.5　金属材料时效过程分析 217

8.6　加工硬化与晶界强化 218

8.6.1　加工硬化 219

8.6.2 晶界强化 219

第9章　纤维增强复合材料及其力学行为 222

9.1　纤维强化机理 224

9.2　纤维材料的特性 227

9.3　基体材料的特性 228

9.4　界面特性及作用 229

9.5 实际的复合材料体系 230

9.5.1　金属基复合材料 231

9.5.2　聚合物基复合材料 231

9.5.3　陶瓷基复合材料 232

9.5.4　碳-碳复合材料 233

9.6　定向纤维复合材料力学行为预测 233

9.6.1　纤维直径、体积分数以及复合材料密度的估算 233

9.6.2　弹性模量和强度的估算 233

9.6.3　复合材料的断裂模式及断裂的能量吸收机制 237

9.6.4　复合材料的疲劳特性 240

参考文献 243