第一章 材料：结构、性能和使役行为 1
1.1 引言 1
1.2 单一、复合以及多级材料 3
1.3 材料的结构 15
1.3.1 晶体结构 16
1.3.2 金属 20
1.3.3 陶瓷 27
1.3.4 玻璃 32
1.3.5 聚合物 35
1.3.6 液晶 44
1.3.7 生物体材料和生物材料 45
1.3.8 多孔和泡沫材料 47
1.3.9 生物体材料的纳米结构和显微结构 50
1.3.10 海绵骨针：生物体材料的一个例子 60
1.3.11 活性（或智能）材料 61
1.3.12 电子材料 62
1.3.13 纳米技术 64
1.4 真实材料的强度 66
推荐读物 69
习题 70
第二章 弹性和黏弹性 77
2.1 引言 77
2.2 纵向应力与纵向应变 78
2.3 应变能（或变形能）密度 83
2.4 切应力与切应变 85
2.5 泊松比 88
2.6 更复杂的应力状态 90
2.7 双轴应力状态的图解：莫尔圆 93
2.8 纯剪切：G与E的关系 98
2.9 各向异性效应 99
2.10 多晶体的弹性性能 110
2.11 材料的弹性性能 114
2.11.1 金属的弹性性能 114
2.11.2 陶瓷的弹性性能 117
2.11.3 聚合物的弹性性能 122
2.11.4 单向纤维增强复合材料的弹性常数 124
2.12 黏弹性 126
2.12.1 储能模量和损耗模量 129
2.13 橡胶弹性 131
2.14 Mooney-Rivlin公式 136
2.15 生物体材料的弹性性能 138
2.15.1 血管 138
2.15.2 关节软骨 142
2.15.3 纳米层次的力学性能 144
2.16 电子材料的弹性性能 147
2.17 弹性常数与键合 149
推荐读物 159
习题 159
第三章 塑性 165
3.1 引言 165
3.2 拉伸塑性变形 167
3.2.1 拉伸曲线参数 175
3.2.2 颈缩 176
3.2.3 应变率效应 180
3.3 压缩试验中的塑性变形 187
3.4 Bauschinger效应 191
3.5 聚合物的塑性变形 192
3.5.1 应力-应变曲线 192
3.5.2 玻璃态聚合物 193
3.5.3 半晶体聚合物 194
3.5.4 黏性流变 195
3.5.5 绝热 195
3.6 玻璃的塑性变形 196
3.6.1 微观变形机制 198
3.6.2 温度依赖性与黏度 200
3.7 流变准则、屈服准则与失效准则 202
3.7.1 最大应力准则（Rankine准则） 203
3.7.2 最大切应力准则（Tresca准则） 203
3.7.3 最大畸变能准则（von Mises准则） 204
3.7.4 Rankine准则、Tresca准则与von Mises准则的图解与试验验证 204
3.7.5 脆性材料的失效准则 208
3.7.6 延性聚合物的屈服准则 212
3.7.7 复合材料的失效准则 214
3.7.8 其他各向异性材料的屈服和失效准则 217
3.8 硬度 217
3.8.1 宏观压痕试验 219
3.8.2 显微压痕试验 225
3.8.3 纳米压痕 229
3.9 成形能力：重要参数 233
3.9.1 塑性各向异性 235
3.9.2 冲压-伸展试验与成形-极限曲线（或Keeler-Goodwin图） 237
3.10 肌肉力 240
3.11 某些生物体材料的力学性能 245
推荐读物 249
习题 250
第四章 缺陷：点缺陷和线缺陷 255
4.1 引言 255
4.2 理论抗剪强度 256
4.3 原子或电子点缺陷 259
4.3.1 点缺陷的平衡浓度 261
4.3.2 点缺陷的产生 264
4.3.3 点缺陷对力学性能的影响 265
4.3.4 辐照损伤 266
4.3.5 离子注入 271
4.4 线缺陷 272
4.4.1 位错的实验观察 276
4.4.2 位错的行为 279
4.4.3 位错周围的应力场 283
4.4.4 位错的能量 287
4.4.5 位错弓出所需要的力 289
4.4.6 不同结构晶体中的位错 291
4.4.7 陶瓷中的位错 301
4.4.8 位错源 308
4.4.9 位错塞积 313
4.4.10 位错的交割 314
4.4.11 位错运动产生的变形（Orowan公式） 316
4.4.12 Peierls-Nabarro应力 318
4.4.13 位错的运动：温度与应变率效应 320
4.4.14 电子材料中的位错 322
推荐读物 326
习题 327
第五章 缺陷：界面和体缺陷 331
5.1 引言 331
5.2 晶界 332
5.2.1 倾斜和扭转晶界 336
5.2.2 晶界的能量 338
5.2.3 晶界能随取向差的变化 340
5.2.4 重位点阵（CSL）界面 343
5.2.5 三叉晶界 344
5.2.6 晶界位错和晶界坎 345
5.2.7 多面体单元堆积的晶界结构 346
5.3 孪生和孪晶界 348
5.3.1 晶体学和形态学 348
5.3.2 机械效应 352
5.4 塑性变形中的晶界（晶粒尺寸强化） 355
5.4.1 Hall-Petch理论 359
5.4.2 Cottrell理论 360
5.4.3 李振民理论 361
5.4.4 Meyers-Ashworth理论 363
5.5 其他内部障碍 365
5.6 纳米晶材料 367
5.7 体缺陷或三维缺陷 370
5.8 聚合物中的缺陷 373
推荐读物 374
习题 375
第六章 变形几何学和加工硬化 381
6.1 引言 381
6.2 变形几何学 386
6.2.1 极射赤面投影图 386
6.2.2 滑移所需的应力 387
6.2.3 剪切变形 394
6.2.4 滑移系中的滑移与加工硬化 394
6.2.5 多晶体中的独立滑移系 398
6.3 多晶体中的加工硬化 398
6.3.1 Taylor理论 401
6.3.2 Seeger理论 402
6.3.3 Kuhlmann-Wilsdorf理论 402
6.4 软化机制 406
6.5 织构强化 410
推荐读物 413
习题 413
第七章 断裂：宏观方面 419
7.1 引言 419
7.2 理论抗拉强度 421
7.3 应力集中和Griffith断裂准则 424
7.3.1 应力集中 424
7.3.2 应力集中因子 425
7.4 Griffith准则 431
7.5 塑性裂纹扩展 435
7.6 线弹性断裂力学 437
7.6.1 断裂韧性 438
7.6.2 线弹性断裂力学假设 439
7.6.3 裂纹尖端分开模式 439
7.6.4 各向同性材料裂纹尖端附近的应力场 440
7.6.5 Ⅰ型裂纹尖端应力场的描述 441
7.6.6 塑性区尺寸修正 445
7.6.7 断裂韧性随厚度的变化 448
7.7 断裂韧性参数 451
7.7.1 裂纹扩展力G 451
7.7.2 裂纹张开位移 454
7.7.3 J积分 457
7.7.4 R曲线 460
7.7.5 不同断裂韧性参数之间的关系 461
7.8 K Ic在实际应用中的重要性 462
7.9 屈服后断裂力学 465
7.10 失效强度的统计分析 467
附录：裂纹尖端的应力奇异性 475
推荐读物 478
习题 479
第八章 断裂：微观方面 485
8.1 引言 485
8.2 金属的断裂 487
8.2.1 裂纹形核 487
8.2.2 延性断裂 488
8.2.3 脆性断裂或解理断裂 500
8.3 陶瓷的断裂 507
8.3.1 显微结构方面 507
8.3.2 晶粒尺寸对陶瓷强度的影响 515
8.3.3 陶瓷的拉伸断裂 515
8.3.4 陶瓷的压缩断裂 519
8.3.5 热诱发的陶瓷断裂 524
8.4 聚合物的断裂 527
8.4.1 脆性断裂 528
8.4.2 银纹化和剪切屈服 529
8.4.3 半晶体和晶体聚合物的断裂 532
8.4.4 聚合物的韧性 533
8.5 生物体材料的断裂与韧性 537
8.6 断裂机制图 542
推荐读物 543
习题 543
第九章 断裂试验 547
9.1 引言 547
9.2 冲击试验 548
9.2.1 夏氏冲击试验 548
9.2.2 落锤试验 552
9.2.3 仪器控制的夏氏冲击试验 552
9.3 平面应变断裂韧性试验 555
9.4 裂纹张开位移试验 560
9.5 J积分试验 561
9.6 弯曲试验 563
9.6.1 三点弯曲试验 564
9.6.2 四点弯曲试验 564
9.6.3 层间剪切强度试验 566
9.7 脆性材料的断裂韧性试验 568
9.7.1 Chevron缺口试验 570
9.7.2 确定韧性的压痕方法 571
9.8 薄膜与基体的结合 575
推荐读物 577
习题 577
第十章 固溶强化、析出强化和弥散强化 583
10.1 引言 583
10.2 固溶强化 584
10.2.1 弹性交互作用 585
10.2.2 其他交互作用 589
10.3 与固溶相关的力学效应 589
10.3.1 应力-应变曲线的明显屈服点 590
10.3.2 应力-应变曲线的平台和Luders带 591
10.3.3 应变时效 593
10.3.4 锯齿状应力-应变曲线 594
10.3.5 Snoek效应 595
10.3.6 蓝脆 596
10.4 析出强化和弥散强化 596
10.5 位错与析出相的交互作用 605
10.6 微合金钢中的析出 611
10.7 双相钢 616
推荐读物 616
习题 617
第十一章 马氏体相变 619
11.1 引言 619
11.2 马氏体的结构和形貌 620
11.3 马氏体的强度 626
11.4 力学效应 629
11.5 形状记忆效应 634
11.5.1 聚合物中的形状记忆效应 640
11.6 陶瓷中的马氏体相变 641
推荐读物 645
习题 645
第十二章 特殊材料：金属间化合物和泡沫材料 649
12.1 引言 649
12.2 硅化物 650
12.3 有序金属间化合物 651
12.3.1 有序金属间化合物中的位错结构 653
12.3.2 有序性对力学性能的影响 656
12.3.3 金属间化合物的延性 663
12.4 多孔材料 667
12.4.1 结构 667
12.4.2 力学响应的模拟 669
12.4.3 理论预测与试验结果对比 673
12.4.4 复合泡沫材料 673
12.4.5 多孔材料的力学行为 674
推荐读物 679
习题 679
第十三章 蠕变和超塑性 683
13.1 引言 683
13.2 关联法和外推法 689
13.3 蠕变的基本机制 696
13.4 扩散蠕变（σ/G＜10-4） 697
13.5 位错（或幂次律）蠕变（10-4＜σ/G＜10-2） 701
13.6 位错滑移（σ/G＞10-2） 704
13.7 晶界滑动 705
13.8 变形机制（Weertman-Ashby）图 707
13.9 蠕变诱发的断裂 710
13.10 耐热材料 713
13.11 聚合物蠕变 718
13.12 电子材料中与扩散相关的现象 727
13.13 超塑性 729
推荐读物 737
习题 738
第十四章 疲劳 747
14.1 引言 747
14.2 疲劳参数与S-N（Wohler）曲线 749
14.3 疲劳强度或疲劳寿命 752
14.4 平均应力对疲劳寿命的影响 754
14.5 频率的影响 755
14.6 累积损伤和寿命耗竭 756
14.7 疲劳机制 760
14.7.1 疲劳裂纹形核 760
14.7.2 疲劳裂纹扩展 765
14.8 线弹性断裂力学在疲劳中的应用 770
14.8.1 生物材料的疲劳 780
14.9 疲劳中的滞回热 782
14.10 疲劳中的环境效应 783
14.11 疲劳裂纹闭合 784
14.12 双参数法 785
14.13 疲劳中的短裂纹问题 786
14.14 疲劳试验 788
14.14.1 常规疲劳试验 788
14.14.2 旋转弯曲试验机 788
14.14.3 S-N曲线的统计分析 789
14.14.4 非传统疲劳试验 791
14.14.5 液压伺服试验机 792
14.14.6 低周疲劳试验 793
14.14.7 疲劳裂纹扩展试验 793
推荐读物 795
习题 795
第十五章 复合材料 801
15.1 引言 801
15.2 复合材料的类型 801
15.3 重要的增强体及基体材料 804
15.3.1 显微结构方面与基体的重要性 805
15.4 复合材料中的界面 807
15.4.1 纤维-基体界面的晶体学性质 807
15.4.2 复合材料中的界面结合 808
15.4.3 界面交互作用 808
15.5 复合材料的性能 810
15.5.1 密度和热容 810
15.5.2 弹性模量 810
15.5.3 强度 815
15.5.4 纤维增强复合材料的各向异性性质 818
15.5.5 金属基复合材料基体的时效响应 820
15.5.6 韧性 820
15.6 从基体到纤维的载荷传递 822
15.6.1 弹性纤维与弹性基体 823
15.6.2 弹性纤维与塑性基体 826
15.7 复合材料的断裂 828
15.7.1 单一和多重断裂 829
15.7.2 复合材料的失效方式 830
15.8 复合材料的一些基本特征 833
15.8.1 不均匀性 833
15.8.2 各向异性 833
15.8.3 剪切耦合 835
15.8.4 强度的统计变化 836
15.9 功能梯度材料 836
15.10 应用 837
15.10.1 航空类应用 837
15.10.2 非航空类应用 838
15.11 层状复合材料 840
推荐读物 844
习题 844
第十六章 环境效应 849
16.1 引言 849
16.2 金属腐蚀的电化学本质 850
16.2.1 电偶腐蚀 850
16.2.2 均匀腐蚀 851
16.2.3 缝隙腐蚀 852
16.2.4 点蚀 852
16.2.5 晶间腐蚀 852
16.2.6 选择性腐蚀 853
16.2.7 冲刷腐蚀 853
16.2.8 辐照损伤 853
16.2.9 应力腐蚀 853
16.3 金属的氧化 853
16.4 环境诱发金属断裂 854
16.4.1 应力腐蚀开裂（SCC） 855
16.4.2 金属中的氢损伤 858
16.4.3 液态和固态金属致脆 865
16.5 环境对聚合物的影响 865
16.5.1 化学药品或溶剂侵蚀 866
16.5.2 溶胀 866
16.5.3 氧化 869
16.5.4 辐照损伤 869
16.5.5 环境银纹化 870
16.5.6 减缓聚合物的环境损伤 871
16.6 环境对陶瓷的影响 871
16.6.1 陶瓷的氧化 875
推荐读物 876
习题 876
附录 879
索引 887