1 绪论 1
1.1 材料在人类历史中的作用及发展趋势 1
1.2 各种材料的特性 2
1.3 结构材料的损伤与断裂 4
1.4 结构材料的安全评价与断裂力学的发展 6
1.5 本书的构成 10
思考题 10
2 材料在静载荷下的力学性能 12
2.1 材料的拉伸性能 12
2.1.1 拉伸曲线和应力-应变曲线 12
2.1.2 脆性材料的拉伸性能 21
2.1.3 塑性材料的拉伸性能 22
2.1.4 高分子材料的拉伸性能 24
2.1.5 复合材料的拉伸性能 28
2.2 材料在其他静载荷下的力学性能 30
2.2.1 加载方式与应力状态图 30
2.2.2 扭转（torsion） 32
2.2.3 弯曲（bending） 35
2.2.4 压缩（compression） 37
2.3 硬度（hardness） 39
2.3.1 硬度试验的特点 39
2.3.2 布氏硬度 40
2.3.3 洛氏硬度 41
2.3.4 维氏硬度 43
2.3.5 显微硬度 44
2.3.6 肖氏硬度 45
思考题 45
3 材料的变形 48
3.1 材料的弹性变形（elastic deformation） 48
3.1.1 弹性变形的基本特点 48
3.1.2 弹性变形的物理本质 48
3.1.3 胡克定律（Hooke's law） 50
3.2 弹性模量及其影响因素 52
3.2.1 弹性模量的意义 52
3.2.2 弹性模量的影响因素 52
3.2.3 弹性比功 53
3.3 弹性变形的不完整性 54
3.3.1 包辛格效应（Bauschinger effect） 54
3.3.2 弹性后效 55
3.3.3 弹性滞后环 55
3.4 材料的塑性变形（plastic deformation） 56
3.4.1 塑性变形的一般特点 56
3.4.2 塑性变形的物理过程 57
3.4.3 单晶体与多晶体材料塑性变形的特点 60
3.4.4 形变织构和各向异性 61
3.5 屈服 61
3.5.1 屈服现象及其解释 62
3.5.2 屈服强度 63
3.5.3 屈服判据 67
3.6 形变强化 68
3.6.1 形变强化曲线 68
3.6.2 材料的颈缩现象 70
3.6.3 形变强化的意义 71
思考题 71
4 材料的强化与韧化 73
4.1 金属及合金的强化与韧化 73
4.1.1 均匀强化 74
4.1.2 非均匀强化 80
4.1.3 细晶（grain refinening）强化与细晶韧化 85
4.1.4 第二相（secondary phase）强化 89
4.1.5 其他强化方法 99
4.2 陶瓷材料的强化与韧化 107
4.2.1 陶瓷材料的强度特点 107
4.2.2 陶瓷材料的强化 108
4.2.3 陶瓷材料的韧化 109
4.2.4 影响陶瓷材料强度的主要因素 110
4.2.5 影响陶瓷材料韧性的主要因素 111
4.3 高分子材料的强化与韧化 116
4.3.1 高分子材料的强度特点 116
4.3.2 高分子材料的强化 116
4.3.3 高分子材料的韧化 118
4.4 复合材料的强化与韧化 119
4.4.1 复合强化原理 119
4.4.2 复合韧化原理与工艺 120
4.4.3 三大材料的强韧化比较 122
4.5 材料强韧化新理论与实践 125
4.5.1 材料设计（materials design） 125
4.5.2 显微组织控制 127
4.5.3 纳米技术与晶界控制 129
4.5.4 材料强韧性评价与标准问题 132
4.6 材料强韧化过程的力学计算 133
4.6.1 宏细观平均化计算 133
4.6.2 层状结构的细观模拟计算 134
4.6.3 材料强度的统计计算 134
4.6.4 宏细微观三层嵌套模型 134
思考题 136
5 材料的断裂 139
5.1 断裂分类与宏观断口特征 139
5.1.1 断裂的分类 139
5.1.2 断口的宏观特征 141
5.2 断裂强度（fracture strength） 143
5.2.1 晶体的理论断裂强度 143
5.2.2 材料的实际断裂强度 144
5.3 脆性断裂 146
5.3.1 脆性断裂机理 146
5.3.2 脆性断裂的微观特征 151
5.4 韧性断裂 153
5.4.1 韧性断裂机理 153
5.4.2 韧性断裂的微观特征 154
5.5 复合材料（composite materials）的断裂 156
5.5.1 复合材料的断裂模式 156
5.5.2 复合材料断裂的微观形式 156
5.5.3 复合材料开裂方向的预测 158
5.6 缺口效应（notch effect） 158
5.6.1 缺口对应力分布的影响 158
5.6.2 缺口敏感性及其表示方法 160
5.6.3 缺口试样冲击弯曲及冲击韧性 161
5.7 材料的低温脆性（low temperature brittleness） 162
5.7.1 材料的低温脆性现象 162
5.7.2 材料的韧脆转变温度 163
5.7.3 影响韧脆转变温度的因素 164
思考题 167
6 材料的断裂韧性 169
6.1 断裂韧性的基本概念 169
6.1.1 断裂强度与裂纹长度 169
6.1.2 裂纹体的三种位移方式 170
6.1.3 平面应力和平面应变 171
6.1.4 断裂韧性 173
6.2 裂纹尖端附近的应力场和应力场强度因子（stress intensity factor） 173
6.3 裂纹尖端塑性区（plastic zone in front of crack）的大小及其修正 175
6.3.1 裂纹前端屈服区的大小 175
6.3.2 应力松弛（stress relaxation）对塑性区的影响 177
6.4 裂纹扩展的能量释放率 180
6.5 影响材料断裂韧性的因素 181
6.5.1 杂质对KIc的影响 181
6.5.2 晶粒尺寸对KIc的影响 182
6.5.3 组织结构对KIc的影响 183
6.5.4 特殊热处理对KIc的影响 184
6.5.5 载荷速率与环境对KIc的影响 184
6.6 平面应变断裂韧性KIc的测试方法 186
6.6.1 试样的制备 186
6.6.2 测试方法 187
6.7 弹塑性状态的断裂韧性 188
6.7.1 裂纹尖端张开位移（CTOD） 189
6.7.2 J积分 191
思考题 193
7 材料的疲劳 196
7.1 疲劳现象 196
7.1.1 变动载荷 196
7.1.2 疲劳断裂特点 197
7.1.3 疲劳宏观断口 198
7.2 疲劳断裂过程及其机理 199
7.2.1 疲劳裂纹的萌生 199
7.2.2 疲劳裂纹的扩展 200
7.2.3 疲劳裂纹扩展机制与疲劳断口微观特征 201
7.3 疲劳裂纹扩展速率与门槛值 203
7.3.1 疲劳裂纹扩展速率（fatigue-crack growth rates） 203
7.3.2 疲劳裂纹扩展速率的数学表达式 204
7.4 疲劳强度指标 205
7.4.1 S-N曲线与疲劳极限 205
7.4.2 过载持久值与过载损伤界 206
7.4.3 疲劳缺口敏感度（fatigue notch sensitivity） 207
7.5 影响疲劳性能的因素 208
7.5.1 载荷因素 208
7.5.2 表面状态与尺寸因素 209
7.5.3 组织因素 210
7.6 低周疲劳 211
7.6.1 低周疲劳的特点 211
7.6.2 低周疲劳的△ε-N曲线 212
7.6.3 循环硬化与循环软化 214
7.7 复合材料与陶瓷材料的疲劳 214
7.7.1 复合材料的疲劳 214
7.7.2 陶瓷材料的疲劳 215
思考题 217
8 高温及环境下的材料力学性能 220
8.1 材料的蠕变（creep） 220
8.1.1 材料的蠕变现象和蠕变曲线 220
8.1.2 蠕变过程中组织结构的变化 222
8.2 蠕变变形机制及断裂机制 223
8.2.1 蠕变变形机制 223
8.2.2 蠕变损伤（creep damage）和断裂机制 224
8.3 蠕变极限（creep limit）、持久强度极限及其外推法 226
8.3.1 蠕变极限和持久强度极限 226
8.3.2 蠕变持久强度数据的外推法 226
8.4 疲劳与蠕变的交互作用 228
8.5 高分子材料的黏弹性（viscoelasticity） 229
8.6 陶瓷材料的抗热震性（thermal shock resistance property） 231
8.6.1 抗热震断裂（thermal shock fracture） 231
8.6.2 抗热震损伤（thermal shock damage） 232
8.7 热疲劳（thermal fatigue） 232
8.8 应力松弛（stress relaxation） 233
8.8.1 金属中的应力松弛现象 233
8.8.2 松弛稳定性指标 234
8.9 影响材料高温性能的因素 234
8.9.1 合金化学成分的影响 234
8.9.2 冶炼工艺及热处理工艺的影响 235
8.9.3 晶粒度的影响 235
8.10 环境介质作用下的力学性能 236
8.10.1 应力腐蚀（stress corrosion） 236
8.10.2 氢脆（hydrogen embrittlement） 242
8.10.3 腐蚀疲劳（corrosion fatigue） 247
思考题 250
9 材料的磨损和接触疲劳 252
9.1 摩擦（friction）与磨损（wear）的基本概念 252
9.1.1 摩擦及类型 252
9.1.2 磨损及类型 253
9.1.3 耐磨性（wear resistance） 254
9.2 磨损机制及提高磨损抗力的因素 255
9.2.1 氧化磨损（oxidative wear） 255
9.2.2 咬合磨损（occlusion wear）（第一类黏着磨损） 256
9.2.3 热磨损（thermic wear）（第二类黏着磨损） 257
9.2.4 磨粒磨损（abrasive wear） 258
9.2.5 微动磨损（fretting wear） 260
9.3 材料磨损试验方法 261
9.3.1 试验方法分类 261
9.3.2 磨损试验机 262
9.3.3 磨损量的测量方法 262
9.4 接触疲劳（contact fatigue） 264
9.4.1 接触应力（contact stress） 265
9.4.2 接触疲劳的类型 267
9.5 非金属材料的磨损性能 274
思考题 276
附录 277
索引 291