材料力学性能原理与实验教程PDF电子书下载

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KIc 473

附录4 部分工程材料的疲劳门槛值△Kth 474

参考文献 475