工程材料 1 特性、应用与设计·导读版 第3版PDF电子书下载

1．工程材料及其性能 1

1.1　引言 2

1.2　材料选择实例 4

A．价格及实用性 15

2．材料价格及实用性 17

2.1 引言 18

2.2　材料价格相关数据 18

2.3　材料的应用方式 20

2.4　无处不在的材料 21

2.5　指数增长及消费倍增时间 23

2.6　资源供应 24

2.7　展望 26

2.8　结论 27

B．弹性模量 29

3．弹性模量 31

3.1　引言 32

3.2　应力的定义 32

3.3　应变的定义 35

3.4　胡克定律 36

3.5　杨氏模量的测量 37

3.6　杨氏模量相关数据 38

4．原子键合 43

4.1　引言 44

4.2　一次键 45

4.3　二次键 48

4.4　物质的凝聚态 51

4.5　原子间的作用力 51

5．固体中的原子堆垛 55

5.1 引言 56

5.2　晶体中的原子堆垛 56

5.3　密排结构和晶格能 56

5.4　晶体学 58

5.5　晶面指数 60

5.6　晶向指数 61

5.7　其他简单而重要的晶体结构 62

5.8　聚合物中的原子堆积 64

5.9　无机玻璃体中的原子堆垛 65

5.10　固体的密度 66

6．杨氏模量的物质基础 73

6.1　引言 74

6.2　晶体的模量 74

6.3　橡胶和玻璃转变温度 76

6.4　复合材料 78

6.5　小结 81

7．模量限制型设计实例研究 85

7.1　实例1：望远镜镜面——包括材料选择以减小轮盘在其自身重力下的偏转 86

7.2　实例2：材料选择以提供满足刚度要求而重量最小的横梁 91

7.3　实例3：材料选择以使具有给定刚度的横梁成本最小化 93

C．屈服强度、抗拉强度及延展性 97

8．屈服强度、抗拉强度及延展性 99

8.1 引言 100

8.2　线性及非线性弹性：滞弹性性能 100

8.3　非弹性（塑性）性能的负载延伸曲线 101

8.4　塑性流变的真应力—应变曲线 103

8.5　塑性力 106

8.6　抗拉测试 106

8.7　数据 107

8.8　硬度测试 108

8.9　本章所提到术语的修正及一些有用的关系式 111

9．晶体中的位错和屈服现象 119

9.2　理想晶体的强度 120

9.1 引言 120

9.3　晶体中的位错 122

9.4　作用于位错上力 128

9.5　位错的其他性质 129

10．强化方法和多晶体的塑性 131

10.1　引言 132

10.2　强化机制 132

10.3　固溶强化 132

10.4　沉淀和弥散强化 133

10.5　加工硬化 135

10.6　位错屈服强度 135

10.7　多晶体的屈服 136

10.8　总结评述 139

11．塑性流变的连续谱形 141

11.1 引言 142

11.2　屈服的开始和剪切屈服强度k 142

11.3　硬度测试的分析 144

11.4　塑性失稳：抗拉载荷下缩颈 145

12．屈服限制型设计实例研究 153

12.1 引言 154

12.2　实例1：基于弹性设计的弹簧材料 154

12.3　实例2：基于塑性设计的压力容器材料 159

12.4　实例3：大应变塑性——金属轧制 160

D．快速断裂、脆性断裂和韧性 167

13．快速断裂和韧性 169

13.2　快速断裂的能量判据 170

13.1　引言 170

13.3　Gc、Kc数据 175

14．快速断裂的微观机制 181

14.1　引言 182

14.2　裂纹扩展机制1：延性撕裂 182

14.3　裂纹扩展机制2：劈裂 184

14.4　复合材料，包括木材 186

14.5　避免脆性合金 187

15．快速断裂实例研究 191

15.1　引言 192

15.2　实例1：氨贮罐的快速断裂 192

15.3　实例2：静水压试验中有机玻璃压力窗的爆炸 195

15.4　实例3：甲烷贮罐聚氨脂类泡沫护套的破裂 198

15.5　实例4：木制阳台栏杆的坍塌 202

16．脆性材料的随机断裂 209

16.1 引言 210

16.2　强度的统计法和韦伯分布 212

16.3　实例研究：液态甲烷贮罐聚氨脂泡沫护套的破裂 216

E．疲劳失效 221

17．疲劳失效 223

17.1　引言 224

17.2　无裂纹构件的疲劳性能 224

17.3　有裂纹构件的疲劳性能 228

17.4　疲劳机制 230

18．疲劳设计 237

18.2　无裂纹构件的疲劳数据 238

18.1　引言 238

18.3　应力集中 239

18.4　缺口敏感性系数 240

18.5　焊缝的疲劳数据 241

18.6　疲劳改善技术 242

18.7　超过设计的疲劳循环 244

18.8　根据疲劳裂纹检验压力容器 246

19．疲劳失效中的实例研究 251

19.1　引言 252

19.2　实例研究1：无裂纹构件的高周疲劳——管状元件机械装置的失效 252

19.3　实例研究2：无裂纹构件的低周疲劳——潜水吊耳的失效 260

19.4　实例研究3：有裂纹构件的疲劳——Stretham发动机的安全性 264

F．蠕变变形和断裂 271

20．蠕变和蠕变断裂 273

20.1　引言 274

20.2　蠕变测试和蠕变曲线 277

20.3　蠕变弛豫 280

20.4　蠕变损伤和蠕变断裂 282

20.5　抗蠕变材料 283

21．扩散的动力学理论 287

21.1　引言 288

21.2　扩散和菲克定律 289

21.3　关于扩散系数的数据 293

21.4　扩散机制 294

22．蠕变机制和抗蠕变材料 299

22.1　引言 300

22.2　蠕变机制：金属和陶瓷 300

22.3　蠕变机制：聚合物 307

22.4　选择抗蠕变材料 309

23．涡轮叶片——蠕变限制型设计实例研究 311

23.1　引言 312

23.2　涡轮叶片所需性能 313

23.3　镍基超合金 314

23.4　工程开发——叶片冷却 318

23.5　未来发展：金属和金属基复合材料 319

23.6　未来发展：高温陶瓷 321

23.7　成本有效性 322

G．氧化和腐蚀 325

24．材料的氧化 327

24.1　引言 328

24.2　氧化能 328

24.3　氧化速率 329

24.4　数据 332

24.5　微观机制 332

25．干式氧化实例研究 337

25.1　引言 338

25.2　实例研究1：制造不锈合金 338

25.3　实例研究2：保护涡轮叶片 339

25.4　连接操作：最终考虑 343

26．材料的湿蚀 345

26.2　湿蚀 346

26.1　引言 346

26.3　作为湿式氧化驱动力的电压差 347

26.4　湿式氧化速率 350

26.5　局部侵蚀 350

27．湿蚀实例研究 357

27.1　引言 358

27.2　实例研究1：地下管道的保护 358

27.3　实例研究2：用作轻质厂房屋顶的材料 360

27.4　实施研究3：车辆排气系统 363

H．摩擦、磨耗和磨损 367

28．摩擦和磨损 369

28.2　材料间的摩擦 370

28.1　引言 370

28.3　摩擦系数相关数据 373

28.4　润滑 374

28.5　材料的磨损 375

28.6　表面及整体性能 377

29．摩擦和磨损实例研究 381

29.1　引言 382

29.2　实例研究1：滑动轴承的设计 382

29.3　实例研究2：用于滑雪橇滑脚的材料 385

29.4　实例研究3：高摩擦性橡胶 387

I．金属、陶瓷、聚合物和复合材料的设计 391

30．材料设计 393

30.1　引言 394

30.2　设计方法论 396

31．最终实例研究：汽车设计中的材料和能源考虑 399

31.1　引言 400

31.2　能源和汽车 400

31.3　获得能源经济的途径 400

31.4　汽车材料组成 402

31.5　替代材料 402

31.6　制造方法 408

31.7　结论 410

附录1　符号和公式 411

附录2　参考文献 419

索引 421