第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 影响高分子材料强度的各种因素 3
1.3 研究高分子强度和破坏的方法 5
第二章 弹性力学基本概念 8
2.1 笛卡尔张量的基本概念 8
2.1.1 标量、矢量和笛卡尔张量的分析定义 8
2.1.2 矢量和张量的标记法以及加和约定 10
2.1.3 张量的性质 11
2.2 应力分析 11
2.2.1 应力的定义和应力分量 12
2.2.2 简单应力状态实例 14
2.2.3 平衡方程 15
2.2.4 坐标变换时应力分量的变换 15
2.2.5 主应力和应力不变量 18
2.2.6 偏离应力张量和球形应力张量 21
2.3 形变分析 22
2.3.1 变形 22
2.3.2 变的定义 23
2.3.3 应变分量的协调方程 25
2.4 应力-应变关系 26
2.4.1 广义虎克定律和应变能密度 26
2.5.4 杆的扭转 26
2.4.2 具有正交对称性弹性材料的应力-应变关系 27
2.4.3 具有纤维对称性弹性材料的应力-应变关系 29
2.4.4 各向同性材料的应力-应变关系 30
2.4.5 热应力 32
2.5 高分子材料力学实例分析 33
2.5.1 三点弯曲梁 33
2.5.2 有均匀分布载荷的简支梁 34
2.5.3 端部受集中载荷作用的悬臂梁 35
2.5.5 受压球壳 37
2.5.6 受压圆柱体容器 38
3.1.1 高分子的链结构 40
3.1 高分子材料的分子结构 40
第三章 高分子结构和性能基础 40
3.1.2 单键的内旋转和分子链的柔性 43
3.1.3 分子量、分子量分布和高分子链的缠结 45
3.2 与高分子固体的力学性能相关的分子聚集态结构 48
3.2.1 高分子的无扰高斯线团模型 48
3.2.2 高分子材料的非晶态 50
3.2.3 高分子晶体 51
3.2.4 分子取向 54
3.2.5 退火、淬火和残余应力 56
3.3 高分子的分子运动 59
3.3.1 高分子材料力学性能的三种状态和两种转变 59
3.3.2 低于玻璃化转变的次级松弛 60
3.4 高分子的粘弹性 62
3.4.1 粘弹性材料的各种变形特性 62
3.4.2 线性粘弹性的力学模型描述 64
3.4.3 松弛时间谱和推迟时间谱 71
3.4.4 时-温等效原理 73
3.4.5 耗散能 76
3.4.6 非线性粘弹性 78
3.5 高分子材料的弹性模量 80
3.6.1 橡胶的熵弹性 80
3.5.2 高分子晶体的弹性模量 84
3.5.3 玻璃状非晶态高分子的弹性模量 86
3.5.4 各向同性结晶高分子的弹性模量 87
3.6 高分子的表面性能 89
3.6.1 表面能 89
3.6.2 扩散 90
3.6.3 溶胀和溶解 91
第四章 高分子材料的屈服和塑性变形 95
4.1 高分子材料的屈服现象 95
4.1.1 基本概念和定义 95
4.1.2 理想塑性行为 100
4.1.4 屈服准则 101
4.1.3 温度、应变率和静水应力对高分子材料屈服的影响 102
4.1.5 应力空间、应力空间的屈服面 110
4.2 高分子材料的塑性力学实验--均匀塑性变形 112
4.1.6 塑性变形的应力-应变关系 112
4.3 高分子材料的塑性力学实验--非均匀塑性变形 117
4.3.1 无约束非均匀塑性变形:细颈 119
4.3.2 在一维方向上有约束的非均匀塑性变形:倾斜细颈(inclined neck) 121
4.3.3 在二维方向上有约束的非均匀塑性变形:剪切带(shear band) 124
4.4 高分子材料的塑性力学实验-一各向异性材料的屈服 127
4.4.1 各向异性材料屈服的力学准则 127
4.4.2 静水压力对各向异性材料屈服应力的影响，鲍辛格效应 129
4.5 屈服的微观机理 132
4.5.1 Eyring速度过程理论 132
5.3.1 用光学显微镜测定银纹的应力-应变曲线 133
4.5.2 高分子屈服的速度过程理论 134
4.5.4 Robertson关于 柔性链 增多的屈服理论 136
4.5.3 自由体积理论 136
第五章 高分子材料的银纹现象 139
5.1 引言 139
5.2 银纹的微观结构和形态 141
5.2.1 银纹的一般特征 141
5.2.2 电子显微镜研究银纹的微观结构 142
5.2.3 SAXS研究银纹的微观结构 150
5.3 银纹的微力学性能 163
5.3.2 定量透射电镜技术研究银纹应力 165
5.3.3 全息技术 169
5.3.4 关于银纹应力分布的各种模型 174
5.4 银纹的引发和生长 176
5.4.1 银纹引发的力学准则 176
5.4.2 银纹引发的微观模型 180
5.3.4 银纹的扩展 184
5.4.4 银纹增厚机理 190
5.5 溶剂对银纹的影响 195
第六章 高分子材料的断裂 203
6.1 断裂力学的基本原理 203
6.1.1 经典的应力集中概念 203
6.1.2 裂纹失稳的能量准则和Griffith强度公式 206
6.1.3 裂纹扩展力和Kies-Irwin公式 210
7.2 高分子材料在冲击速率下的变形 212
6.1.4 裂纹端点附近的弹性应力场 212
6.1.5 裂纹失稳的应力强度因子准则 216
6.1.6 实际样品的应力强度因子和断裂韧性的测定 217
6.1.7 裂纹端部塑性区及其修正 218
7.3.3 用缺口样品测定高分子材料的临界裂纹扩展力G10 221
6.1.8 J积分概念 227
6.2 高分子材料的理论强度 229
6.2.1 高分子材料破坏的微观过程概述 229
6.2.3 各向同性材料的强度 232
6.2.4 强度和杨氏模量的关系 233
6.5.2 表面裂纹法 233
6.3 高分子材料的微观断裂机理 235
6.3.1 高分子键断裂的动力学模型 235
6.3.2 应力诱导高分子化学键断裂的ESR谱 237
6.3.3 凝胶渗透色谱法(GPC) 242
6.3.4 红外光谱法 243
6.3.5 小角X光散射技术(SAXS) 247
6.4 高分子材料的脆性断裂和影响材料断裂韧性的各种因素 250
6.4.1 高分子材料的变形方式 250
6.4.2 线弹性断裂力学对脆性高分子材料的适用性和断裂韧性的测定 252
6.4.3 裂纹端部的塑性变形和裂端银纹 258
6.4.4 显微光干涉法测定裂纹端部银纹的物理、力学状态 260
6.4.5 影响高分子材料断裂韧性的各种结构因素 271
6.5.1 准弹性处理法 279
6.5 高分子材料的延性断裂 279
6.2.2 完全取向高分子的理论强度 281
6.5.3 大尺寸样品法 286
6.5.4 J积分 287
6.6 高分子材料的断裂过程和断面形态 288
6.6.1 高分子材料断裂过程的一般情况 288
6.6.2 高分子材料的断面形态 290
6.7 高分子材料断裂过程中的声发射现象 305
7.2.1 冲击波在杆中的传播 312
7.1 高分子材料的冲击强度 312
第七章 高分子材料的冲击破坏 312
7.2.2 高速冲击实验 314
7.3 Charpy和Jzod冲击实验 319
7.3.1 一般概念 319
7.3.2 力学分析 320
7.4 落球冲击 322
7.5 仪表冲击试验 322
7.6 影响高分子材料冲击强度的各种因素 325
7.6.1 样品几何形状的影响 325
7.6.2 试验温度的影响 326
7.6.3 成型工艺条件对冲击强度的影响 328
第八章 高分子材料的蠕变破坏 330
8.1 引言 330
8.2 高分子材料大形变蠕变的一般特征 330
8.3 蠕变破坏 333
8.3.1 蠕变破坏的一般特征 333
8.3.2 高分子材料的蠕变破坏规律 335
9.4.1 疲劳裂纹的扩展 338
8.3.3 估计蠕变寿命的等应变量曲线法 340
8.3.4 估计高分子材料蠕变寿命的经验公式 342
8.4 高分子材料在化学药品环境中的蠕变和破坏 346
9.2 高分子在疲劳过程中的热效应 349
9.1 引言 349
第九章 高分子材料的疲劳破坏 349
9.3 高分子材料疲劳的一般特征 353
9.3.1 S-N曲线和疲劳极限 353
9.3.2 疲劳过程 354
9.3.3 加载方式对疲劳过程的影响 355
9.3.4 疲劳过程中高分子结构的变化 356
9.4 疲劳裂纹的扩展 358
9.4.2 裂端银纹的形态及疲劳裂纹的扩展 359
9.4.3 疲劳裂纹的不连续扩展及斑纹形态 362
9.5 影响疲劳性能的各种实验因素 365
9.5.1 试验频率 365
9.5.2 试验温度 366
9.5.3 平均应力 367
9.5.4 缺陷大小和表面划伤 368
9.6 影响疲劳性能的材料结构因素 369
9.6.1 高分子结构 369
9.6.2 分子量和分子量分布 370
9.6.3 橡胶改性 371
9.6.4 填料和增强纤维 373
9.6.5 增塑和交联 373
9.7 影响疲劳寿命的环境因素 375
9.7.1 溶剂应力银纹介质 375
9.7.2 氧气的影响 377
9.7.3 形成氢链的介质 377