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目录 1

第一篇 强度设计原理 1

第一章 强度与失效 1

1.1强度与失效的概念 1

1.1.1材料失效模式 1

1.1.2材料、构件和结构强度 5

1.2断裂力学和强度设计 6

1.3.1基本概念 10

1.3强度的统计学特征 10

1.3.2可靠性 12

1.4强度设计方法论 13

第二章 应力应变关系 17

2.1应力 17

2.1.1一点的应力状态 17

2.1.2主应力 19

2.1.3主剪应力 21

2.2.1一点的应变状态 23

2.2应变 23

2.2.2主应变 24

2.3材料的拉伸变形行为 25

2.3.1拉伸试验 25

2.3.2应力应变曲线 28

2.4真实应力应变曲线 31

2.4.1真应力与真应变 31

2.4.2真应力应变曲线 33

2.4.3缩颈形成条件 36

2.5广义虎克定律 37

2.5.1各向异性弹性体 38

2.5.2各向同性弹性体 39

2.6塑性应力应交关系 43

2.7理想粘弹性体应力应变关系 47

2.7.1粘性流动与粘弹性交形 47

2.7.2粘弹性变形模型 49

2.7.3时间——温度等效原理 53

第三章 经典强度理论 57

3.1最大正应力理论 57

3.2最大正应变理论 58

3.3最大剪应力理论 59

3.4畸变能理论 61

3.5莫尔圆在强度设计中的应用 64

3.5.1三维应力状态的莫尔圆 64

3.5.2莫尔失效理论 65

3.6力学状态图 67

3.7强度理论在设计中的应用 69

3.7.1选用合适的强度理论 70

3.7.2选用合适的安全系数 70

第四章 断裂韧性 73

4.1裂纹顶端应力 73

4.1.1线弹性裂纹 73

4.2.1塑性区尺寸的近似计算 76

4.2裂纹顶端塑性区 76

4.1.2应力强度因子 76

4.2.2平面应力与平面应交 78

4.2.3变形方式 79

4.3平面应变断裂韧性 81

4.3.1一般概念 81

4.3.2工程材料的断裂韧性 82

4.4韧脆性转交 83

4.4.1韧脆性转变现象 83

4.4.2韧脆性转变温度 85

4.5裂纹扩展能量释放率 87

4.5.1Griffith理论 87

4.5.2能量释放率 89

4.6裂纹顶端张开位移 91

4.7扩展阻力曲线 93

4.8复合型断裂判据 95

第五章 断裂控制设计原则 100

5.1选择材料 100

5.2韧脆性转变控制原则 103

5.2.1全厚度屈服准则 104

5.2.2比例分析方法 105

5.3破裂前渗漏原则 107

5.4破损安全 109

5.5断裂控制设计原理 111

5.5.1断裂控制设计内容 111

参考文献 116

第二篇 微观强度理论 119

第六章 缺陷与强度 119

6.1固体的理论强度 119

6.2晶体缺陷 121

6.2.1位错 121

6.2.2空位和间隙原子 125

6.2.3晶界 126

6.3金属中的非晶体缺陷 130

6.4.1高分子材料的强化机理 133

6.4高分子材料的结构特征 133

6.4.2碳链聚合物 136

6.4.3杂链热塑性聚合物 138

6.5聚合物缺陷 141

6.5.1位错和点缺陷 141

6.5.2链结构缺陷 141

6.5.3银纹 143

6.6内界面变形兼容性原理 146

6.7内耗 149

6.8缺陷对强度影响的两重性 153

第七章 微观强度理论 157

7.1位错的基本性质 157

7.1.1位错的弹性性质 157

7.1.2位错间的交互作用 160

7.1.3晶格对位错运动的阻力 164

7.1.4位错的增殖 164

7.2塑性变形方式 166

7.2.1滑移 166

7.2.2孪生 169

7.3屈服现象的位错理论 170

7.3.1屈服应力降落 170

7.3.2延迟屈服和应变时效 172

7.4屈服强度的微观理论 174

7.4.1合金元素含量——屈服强度关系 174

7.4.2分散相颗粒——屈服强度关系 177

7.4.3晶粒大小——屈服强度关系 179

7.4.4位错密度——屈服强度关系 182

7.4.5两相合金的强度 183

7.5高分子材料的变形机制 184

第八章 细观断裂力学 188

8.1断裂机制 188

8.1.1断裂类型 189

8.1.2断裂图 191

8.2解理断裂 195

8.2.1解理断裂的亚型 195

8.2.2解理裂纹形成 196

8.2.3解理裂纹扩展 199

8.3韧性断裂 202

8.3.1韧性断裂和第二相颗粒 202

8.3.2空洞形成机理 204

8.3.3空洞生长 205

8.4裂纹的位错模型（BCS模型） 208

8.4.1位错塞积群与裂纹的相似性 209

3.4.2BCS模型 211

8.5.1强度－韧性关系 213

8.5断裂韧性的微观理论 213

8.5.2RKR模型 215

8.5.3RJ模型 218

8.6高分子材料的断裂 223

8.6.1速率效应 223

8.6.2无定形聚合物的断裂 224

8.6.3晶态与半晶态聚合物断裂 226

8.6.4提高聚合物强度与韧性的途径 227

8.7.1细观应力与应交 230

8.7细观断裂力学方法论 230

8.7.2细观模型 231

8.7.3细观变形测量 233

第九章 复合材料强度 235

9.1复合材料简介 235

9.2纤维复合材料 236

9.3层合复合材料和颗粒复合材料 242

参考文献 244

第三篇 工程应用 248

第十章 应力腐蚀开裂和环境强度 248

10.1环境脆性特征 248

10.1.1环境作用脆性的分类 248

10.1.2应力腐蚀开裂的一般特征 249

10.2应力腐蚀机理 253

10.2.1阳极溶解型应力腐蚀机制 253

10.2.2氢脆型应力腐蚀机制 254

10.3SCC裂纹形成 258

10.4SCC裂纹扩展 261

10.4.1SCC裂纹扩展方式 261

10.4.2SCC裂纹扩展同应力强度因子的关系 263

10.5高分子材料的环境强度 265

第十一章 金属的蠕变和高温强度 268

1.11蠕变现象 268

11.1.1蠕交曲线 268

11.1.2蠕变类型 270

11.2蠕交律 271

11.2.1蠕变随时间的变化 272

11.2.2应力和温度的影响 273

11.3蠕交机制 276

11.3.1扩散对蠕变的影响 276

11.3.2蠕交机制 278

11.4蠕变断裂 285

11.4.1蠕变断裂类型 285

11.4.2蠕交断裂机制 286

11.5蠕变实验数据的外推 290

11.6三维应力状态下的蠕变 293

第十二章 疲劳强度 297

12.1材料的循环变形行为 297

12.1.1循环载荷 297

12.1.2材料的循环变形性质 298

12.2高周疲劳 302

12.2.1P—S—N曲线 303

12.2.2平均应力的影响 304

12.2.3多轴应力疲劳 309

12.3低周疲劳 310

12.3.1低周疲劳特征 310

12.3.2应变寿命曲线 311

12.4疲劳裂纹形成 314

12.4.1疲劳裂纹形成的一般特征 314

12.4.2夹杂物 315

12.4.3驻留滑移带（PSB） 316

12.5.1Paris公式 319

12.5疲劳裂纹扩展 319

12.5.2裂纹闭合效应及裂纹顶端屏蔽 321

12.5.3疲劳裂纹扩展机制 325

12.6矢量裂纹顶端位移判据 328

12.7细观组织小裂纹 332

12.8疲劳蠕变交互作用 338

12.8.1交交应力对蠕变行为的影响 338

12.8.2累积损伤方法 339

12.8.3修正的Coffin—Manson关系 340

12.8.4分解应变范围方法 342

12.9影响材料疲劳行为的因素 344

12.10高分子材料的疲劳 348

12.10.1热疲劳破坏 348

12.10.2疲劳断裂 350

第十三章 缺口强度 353

13.1弹性缺口应力集中 353

13.1.1理论应力集中系数 353

13.1.2缺口顶端弹性应力应变状态 358

13.2缺口塑性变形 359

13.2.1缺口局部屈服 360

13.2.2整体屈服 362

13.2.3Neuber关系 366

13.3缺口断裂 367

13缺口疲劳 370

13.4.1缺口疲劳系数 371

13.4.2缺口局部循环应力应变 373

13.4.3缺口短疲劳裂纹扩展 376

第十四章 冲击强度 382

14.1冲击载荷下材料变形与断裂的特点 382

14.1.1Hopkinson落锤实验 382

14.1.2能量方法 383

14.2应力波 385

14.2.1材料动态响应的范围 385

14.2.2弹性波 386

14.2.3弹塑性波 392

14.2.4激波 394

14.3高应交速率塑性变形 396

14.3.1动态应力应变曲线 397

14.3.2动态屈服 398

14.3.3流变应力 401

14.3.4复合应力状态 406

14.4应变速率效应的微观理论 407

14.4.1低度应变速率敏感区（Ⅰ区） 408

14.4.2中度应变速率敏感区（Ⅱ区） 408

14.4.3应变速率不敏感区（Ⅲ区） 410

14.4.4高度应变速率敏感区（Ⅵ区） 410

14.5冲击断裂 413

14.5.1应变速率对韧脆性转变的影响 414

14.5.2动态断裂韧性 414

14.5.3剥落破裂 416

14.5.4绝热剪切破坏 419

14.6冲击载荷下金属的相变 421

14.7.1各种力学性能试验的应交率范围 423

14.7材料动态力学性能试验 423

14.7.2摆锤式冲击弯曲试验 424

14.7.3分离式 425

14.8冲击疲劳 427

14.9高应变率下高分子材料的力学性能 432

第十五章 磨损与表层强度 435

15.1表层结构和性质 435

15.1.1表层的粗糙性 435

15.1.2表面能 436

15.1.3表层材料的力学性质 437

15.2摩擦 440

15.2.1金属的摩擦 440

15.2.2高分子材料的摩擦 442

15.2.3滚动摩擦 445

15.3磨损现象 447

15.3.1磨损的类型 447

15.3.3磨损试验 449

15.3.2高分子材料的磨损特性 449

15.4滑动磨损 450

15.4.1滑动磨损现象 450

15.4.2粘着磨损理论 452

15.4.3表层分离理论 453

15.5磨粒磨损和冲击磨损 456

15.5.1磨粒磨损 456

15.5.2冲击磨损 457

15.6.1接触应力 459

15.6滚动接触疲劳 459

15.6.2接触疲劳失效特征 461

第十六章 寿命预测及失效分析 464

16.1缺口疲劳寿命预测 464

16.2累积损伤理论 468

16.2.1Miner线性损伤理论 468

16.2.2Manson双线性损伤理论 470

16.3失效分析 472

16.4断口分析 475

参考文献 478