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前言1

绪论1

1 材料的常规力学性能10

1.1 单向静拉伸试验及性能10

1.1.1 单向静拉伸试验10

1.1.2 拉伸曲线11

1.1.3 单向静拉伸基本力学性能指标13

1.2 其他静载下的力学试验及性能19

1.2.1 应力状态软性系数19

1.2.2 压缩19

1.2.3 弯曲21

1.2.4 扭转22

1.2.5 剪切23

1.2.6 几种静载试验方法的比较24

1.3 缺口效应25

1.3.1 缺口处应力分布及缺口效应25

1.3.2 缺口敏感度27

1.4 硬度27

1.4.1 布氏硬度28

1.4.2 洛氏硬度30

1.4.3 维氏硬度31

1.4.4 其他硬度32

1.4.5 常用材料的硬度33

1.4.6 纳米硬度34

1.5 冲击韧度35

1.5.1 夏比缺口冲击试验35

1.5.2 冲击韧度和冲击功的适用性36

1.5.3 冲击试验的应用36

1.6 强度的统计学分析37

本章小结39

名词及术语40

思考题及习题40

2 材料的变形43

2.1 弹性变形43

2.1.1 弹性变形的宏观描述43

2.1.2 弹性变形的微观本质45

2.1.3 弹性模量影响因素47

2.1.4 橡胶弹性53

2.1.5 非理想弹性变形53

2.2 黏弹性变形57

2.2.1 黏弹性行为57

2.2.2 力学松弛58

2.2.3 黏弹性变形的唯象描述60

2.2.4 时温等效原理63

2.3 塑性变形64

2.3.1 塑性变形的一般特点64

2.3.2 塑性变形机理65

2.3.3 屈服74

2.3.4 应变硬化80

2.3.5 颈缩82

2.4 先进材料的力学性能83

2.4.1 金属玻璃83

2.4.2 多孔材料86

2.4.3 纳米结构材料88

本章小结90

名词及术语91

思考题及习题91

3 材料的断裂94

3.1 断裂概述94

3.1.1 断裂类型94

3.1.2 断裂强度95

3.1.3 宏观断口98

3.1.4 断裂机制图99

3.2 断裂过程及机制101

3.2.1 解理断裂102

3.2.2 微孔聚集断裂105

3.2.3 沿晶断裂108

3.2.4 韧-脆转变109

3.3 非金属材料的断裂113

3.3.1 陶瓷材料的断裂113

3.3.2 高分子材料的断裂116

3.4 断裂韧度119

3.4.1 裂纹尖端应力强度因子119

3.4.2 断裂韧度121

3.4.3 裂纹尖端塑性区及有效裂纹修正122

3.4.4 断裂韧度的测试125

3.4.5 断裂韧度的工程应用128

3.5 材料的韧化130

3.5.1 金属材料的韧化130

3.5.2 陶瓷材料的韧化132

本章小结138

名词及术语139

思考题及习题140

4 材料的疲劳143

4.1 疲劳概述143

4.1.1 变动应力143

4.1.2 疲劳破坏特点144

4.1.3 疲劳宏观断口145

4.2 疲劳的宏观表征146

4.2.1 疲劳曲线146

4.2.2 疲劳极限148

4.2.3 疲劳过载152

4.2.4 疲劳缺口敏感度154

4.2.5 低周疲劳155

4.2.6 疲劳裂纹扩展速率158

4.3 疲劳的微观过程161

4.3.1 延性固体的循环变形161

4.3.2 疲劳裂纹的萌生162

4.3.3 疲劳裂纹的扩展164

4.3.4 疲劳裂纹扩展的阻滞和瞬态过程166

4.4 非金属材料的疲劳170

4.4.1 陶瓷材料的疲劳170

4.4.2 高分子材料的疲劳171

4.5 特种条件下的疲劳174

4.5.1 接触疲劳174

4.5.2 冲击疲劳176

4.5.3 微动疲劳177

4.5.4 多轴疲劳178

4.5.5 变幅疲劳178

本章小结180

名词及术语181

思考题及习题181

5 材料在不同工程环境下的力学性能184

5.1 高温蠕变184

5.1.1 概述184

5.1.2 蠕变曲线184

5.1.3 蠕变极限187

5.1.4 持久强度及持久塑性187

5.1.5 松弛稳定性189

5.1.6 蠕变的微观过程190

5.1.7 常见高温结构材料的蠕变性能194

5.2 高速加载下的力学性能198

5.2.1 概述198

5.2.2 高速载荷下的变形202

5.2.3 高速载荷下的断裂205

5.2.4 动态断裂韧性207

5.2.5 高分子材料的冲击强度208

5.3 环境诱发断裂209

5.3.1 应力腐蚀断裂209

5.3.2 氢致开裂216

5.3.3 液体金属脆220

5.4 材料的磨损性能221

5.4.1 概述221

5.4.2 磨损机理223

5.4.3 磨损试验方法227

5.4.4 非金属材料的磨损特性230

本章小结232

名词及术语234

思考题及习题234

6 材料的热学性能236

6.1 热容236

6.1.1 热容的定义236

6.1.2 热容随温度变化的实验规律237

6.1.3 晶体热容理论237

6.1.4 工程材料的热容240

6.1.5 相变对热容的影响242

6.1.6 热容的测量243

6.2 材料的热膨胀244

6.2.1 热膨胀的表征及工程意义244

6.2.2 热膨胀的物理本质245

6.2.3 格留乃森定律及固体极限膨胀方程247

6.2.4 影响热膨胀的材料因素248

6.2.5 常用工程材料的热膨胀性能251

6.2.6 热膨胀系数的测定252

6.3 热传导254

6.3.1 热传导的表征及工程意义254

6.3.2 热传导的物理机制255

6.3.3 魏德曼—弗朗兹定律257

6.3.4 工程材料的热导率及其影响因素258

6.3.5 热导率的测定262

6.4 热分析方法及应用263

6.4.1 热分析方法263

6.4.2 热分析的应用265

本章小结267

名词及术语268

思考题及习题268

7 磁学性能270

7.1 磁性基本概念270

7.1.1 磁学基本量270

7.1.2 物质磁性的分类272

7.1.3 抗磁性和顺磁性274

7.2 铁磁性的宏观表征277

7.2.1 磁化曲线和磁滞回线277

7.2.2 动态磁化279

7.2.3 磁各向异性281

7.2.4 磁致伸缩282

7.2.5 铁磁体的形状各向异性和退磁能285

7.3 铁磁性的微观理论286

7.3.1 自发磁化286

7.3.2 磁畴结构289

7.3.3 技术磁化微观机制292

7.4 铁磁性的影响因素293

7.4.1 温度的影响293

7.4.2 应力的影响294

7.4.3 加工硬化和晶粒细化的影响294

7.4.4 磁场退火295

7.4.5 合金成分和组织的影响296

7.5 磁性的测量及磁性分析的应用297

7.5.1 磁性的测量297

7.5.2 磁性分析的应用303

本章小结304

名词及术语304

思考题及习题305

8 电学性能306

8.1 导电性能306

8.1.1 概述306

8.1.2 金属的导电性310

8.1.3 半导体的电学性能316

8.1.4 超导电性320

8.1.5 非金属材料的导电性323

8.1.6 电阻的测量及在材料研究中的应用325

8.2 介电性329

8.2.1 介电性及电介质的极化329

8.2.2 介质损耗334

8.2.3 介电强度339

8.3 热电性340

8.3.1 热电效应及本质340

8.3.2 材料热电性能的表征343

8.3.3 热电效应的应用345

8.4 铁电性347

8.4.1 铁电性基本概念347

8.4.2 自发极化微观机制347

8.4.3 铁电相变348

8.4.4 铁电体的类型349

8.5 压电性350

8.5.1 压电效应350

8.5.2 压电性表征351

8.5.3 压电效应的应用352

8.6 热释电性353

8.6.1 热释电效应353

8.6.2 热释电效应本质及表征353

8.6.3 热释电效应的应用355

本章小结355

名词及术语355

思考题及习题356

9 光学性能358

9.1 光的基本性质358

9.1.1 光的波粒二象性358

9.1.2 光与固体相互作用360

9.2 光在固体中的传播特性361

9.2.1 光的折射361

9.2.2 光的反射364

9.2.3 光的吸收367

9.2.4 光的散射370

9.2.5 光的透射372

9.3 材料的光发射374

9.3.1 光发射概述374

9.3.2 冷光379

9.3.3 激光379

9.4 耦合光学效应381

9.4.1 电光效应381

9.4.2 磁光效应383

9.4.3 光弹效应385

9.4.4 声光效应385

9.5 非线性光学效应386

9.5.1 非线性光学效应概述387

9.5.2 产生二阶非线性光学效应的条件388

本章小结389

名词及术语389

思考题及习题390

10 材料的耐环境性能391

10.1 金属材料的腐蚀391

10.1.1 腐蚀概论391

10.1.2 金属的电化学腐蚀机理395

10.1.3 常见的腐蚀形态405

10.1.4 腐蚀环境409

10.1.5 金属的耐蚀性能414

10.2 高分子材料的老化417

10.2.1 高分子材料老化类型417

10.2.2 高分子材料防老化措施423

10.2.3 高分子材料老化测试与评价425

本章小结429

名词及术语430

思考题及习题430

主要参考文献432