第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 设计过程中的材料问题 2
1.3 工程材料的发展 3
1.4 产品中材料的演变 6
1.5 本章小结 8
1.6 扩展阅读 8
第2章 设计过程 11
2.1 引言 11
2.2 设计过程 11
2.3 设计类型 14
2.4 设计工具和材料数据 15
2.5 功能、材料、形状和工艺 16
2.6 案例分析：开瓶器 17
2.7 本章小结 19
2.8 扩展阅读 20
第3章 工程材料及其性能 23
3.1 引言 24
3.2 工程材料的类别 24
3.3 设计所需的材料信息 26
3.4 材料性能及其单位 28
3.4.1 基本性能 28
3.4.2 力学性能 28
3.4.3 热性能 35
3.4.4 电性能 38
3.4.5 光性能 41
3.4.6 生态性能 41
3.5 本章小结 41
3.6 扩展阅读 41
第4章 材料性能图 44
4.1 引言 44
4.2 探究材料性能 44
4.3 材料性能图 47
4.3.1 弹性模量—密度图 47
4.3.2 强度—密度图 50
4.3.3 弹性模量—强度图 51
4.3.4 比刚度—比强度图 53
4.3.5 断裂韧度—弹性模量图 54
4.3.6 断裂韧度—强度图 55
4.3.7 损耗系数—弹性模量图 57
4.3.8 导热系数—电阻率图 58
4.3.9 导热系数—热扩散系数图 60
4.3.10 热膨胀系数—导热系数图 61
4.3.11 热膨胀系数—弹性模量图 63
4.3.12 最高工作温度图 64
4.3.13 摩擦和磨损 65
4.3.14 成本柱状图 67
4.3.15 弹性模量—相对成本图 69
4.3.16 强度—相对成本图 70
4.4 本章小结 70
4.5 扩展阅读 71
第5章 材料选择的基本原则 73
5.1 引言 73
5.2 选择方法 74
5.2.1 材料属性 74
5.2.2 选择策略 74
5.2.3 解读 77
5.2.4 筛查：属性限制 78
5.2.5 排序：材料指标 78
5.2.6 文档查阅 79
5.2.7 现实条件 80
5.3 材料指标 80
5.4 选择过程 86
5.4.1 解读需求，提取材料指标 86
5.4.2 筛查：应用属性限制 86
5.4.3 排序：图表中的材料指标 87
5.4.4 文档查阅 89
5.5 计算机辅助选择 89
5.6 结构指标 90
5.7 本章小结 91
5.8 扩展阅读 92
第6章 案例分析：材料选择 93
6.1 引言 93
6.2 船桨材料 94
6.3 大型望远镜的反光镜 96
6.4 桌腿材料 99
6.5 建筑用结构材料 102
6.6 飞轮材料 105
6.7 弹簧材料 108
6.8 弹性铰链和联轴器 112
6.9 弹性填料材料 114
6.10 脆性聚合物的极限变形量设计 116
6.11 安全压力容器 118
6.12 用于振动台的高刚性、高阻尼材料 121
6.13 短时恒温容器的隔热层 124
6.14 节能炉壁 127
6.15 被动式太阳能供暖装置用材料 129
6.16 用于精密仪器的低热变形材料 132
6.17 换热器材料 134
6.18 芯片散热器 138
6.19 雷达天线罩材料 140
6.20 本章小结 143
6.21 扩展阅读 143
第7章 多约束与冲突目标 145
7.1 引言 145
7.2 多约束情况下的选择 146
7.3 冲突目标 149
7.4 本章小结 155
7.5 附录：权重因子和模糊方法 156
7.6 扩展阅读 158
第8章 案例分析：多约束与冲突目标 161
8.1 引言 161
8.2 多约束：轻质压力容器 162
8.3 多约束：高性能发动机连杆 164
8.4 多约束：高强磁场线圈 167
8.5 冲突目标：桌腿 171
8.6 冲突目标：必备电子产品的超薄外壳 173
8.7 冲突目标：制动钳材料 176
8.8 本章小结 178
第9章 材料与形状的组合选择 179
9.1 引言 179
9.2 形状因数 181
9.3 形状效率的限制条件 189
9.4 材料—形状的最佳组合 192
9.5 考虑形状因数的材料指标 195
9.6 基于指标的图表选择法 198
9.7 结构材料：微观形状 200
9.8 本章小结 203
9.9 扩展阅读 204
第10章 案例分析：材料与形状 205
10.1 引言 205
10.2 人力飞机翼梁 206
10.3 竞赛用自行车前叉 209
10.4 楼板搁栅：木材、竹子还是钢？ 212
10.5 再论桌腿：细和轻哪个更重要？ 214
10.6 钢板刚度的增加 215
10.7 弯曲形状：片式和股式 217
10.8 超高效弹簧 218
10.9 本章小结 221
第11章 杂化材料设计 223
11.1 引言 223
11.2 材料性能空间中的空缺 225
11.3 设计方法：A＋B＋构型＋尺寸 227
11.4 复合材料 228
11.5 夹层结构 236
11.5.1 借助试验确定结构材料的等效性能 237
11.5.2 基于分析的夹层结构的等效性能 238
11.6 多孔结构：泡沫和晶格 244
11.6.1 泡沫：弯曲主导型结构 245
11.6.2 晶格：拉伸主导型结构 248
11.7 分段结构 251
11.8 本章小结 253
11.9 扩展阅读 254
第12章 案例分析：混合物 257
12.1 引言 257
12.2 金属基复合物设计 257
12.3 软导体和渗流 259
12.4 热传导与电传导的极端组合 261
12.5 冰箱内壁 263
12.6 微波透射屏蔽罩材料 265
12.7 握力不会减小的连接器 266
12.8 各向异性的应用：散热面 268
12.9 天然材料的机械效率 270
12.10 扩展阅读 275
第13章 工艺与工艺选择 277
13.1 引言 277
13.2 工艺分类 278
13.3 成形、连接和精饰工艺 281
13.3.1 成形工艺 281
13.3.2 连接工艺 289
13.3.3 精饰工艺 290
13.4 工艺对性能的影响 292
13.5 系统的工艺选择 295
13.5.1 选择策略 295
13.5.2 执行策略 296
13.6 排序：工艺成本 306
13.7 计算机辅助工艺选择 310
13.8 本章小结 311
13.9 扩展阅读 312
第14章 案例分析：工艺选择 315
14.1 引言 315
14.2 铝合金连杆铸造 316
14.3 风扇成形 318
14.4 火花塞绝缘体 326
14.5 歧管管套 328
14.6 钢制散热器的连接 329
14.7 球轴承内、外圈的表面硬化 331
14.8 本章小结 332
第15章 材料与环境 333
15.1 引言 333
15.2 材料生命周期 334
15.3 材料与能量的消耗系统 335
15.4 材料的生态性能 337
15.4.1 材料生产：能量和排放 337
15.4.2 材料加工能量的评估（总转化效率15％） 338
15.4.3 生命周期终结 339
15.5 生态选择 340
15.6 案例分析：饮料瓶和防撞护栏 344
15.6.1 饮料瓶 344
15.6.2 防撞护栏 345
15.7 本章小结 347
15.8 扩展阅读 348
第16章 材料与工业设计 351
16.1 引言 351
16.2 需求金字塔 352
16.3 产品特性 353
16.4 利用材料与工艺创造产品个性 355
16.4.1 材料和感官：美学属性 355
16.4.2 材料和心理：关联与感知 359
16.5 本章小结 362
16.6 扩展阅读 362
第17章 革新的动力 365
17.1 引言 365
17.2 市场拉动与科学推动 366
17.2.1 来自市场的动力和竞争 366
17.2.2 新的科学点：好奇心驱动的研究 369
17.3 人口与财富的增长和市场饱和 370
17.4 产品责任和服务提供 371
17.5 小型化和多功能化 371
17.6 关注环境与个人 372
17.7 本章小结 374
17.8 扩展阅读 374