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1.1 材料与材料的性能1

1.1.1　材料的概念与分类1

第1章 概论1

1.1.2　材料科学与工程的基本要素2

1.1.3　材料的性能3

1.2　材料性能的分析方法4

1.2.1　黑箱法4

1.2.2　相关法（灰箱法）5

1.2.3　过程法（白箱法）5

1.2.4　环境法5

1.3　材料的力学性能6

1.3.1　材料力学性能的概念与分类6

1.3.2　材料力学性能的研究内容7

1.3.3　材料力学性能的研究目的和意义8

1.3.4　材料力学性能的应用举例8

1.4.2　本书的编写思路10

1.4　本书的特点、编写思路与教学安排10

1.4.1　材料力学性能课程的现状与发展趋势10

1.4.3　材料力学性能课程的教学安排11

复习思考题12

第2章　材料的静载拉伸力学性能13

2.1　静载拉伸试验13

2.1.1　应力—应变曲线13

2.1.2　拉伸性能指标18

2.1.3　塑性指标及其意义20

2.2　弹性变形22

2.2.1　弹性变形及其物理本质22

2.2.2　弹性性能的工程意义26

2.2.3　弹性不完整性30

2.3　塑性变形34

2.3.1　金属材料的塑性变形机制与特点35

2.3.2　屈服现象及其本质36

2.3.3　真实应力—应变曲线及形变强化规律37

2.3.4　陶瓷材料的塑性变形40

2.4　材料的断裂43

2.4.1　金属材料的断裂44

2.4.2　陶瓷材料的断裂51

2.4.3　高分子材料的断裂51

复习思考题56

第3章　材料在其他载荷下的力学性能58

3.1 应力状态系数和力学状态图58

3.1.1　应力状态系数59

3.1.2　力学状态图60

3.2　材料的扭转、弯曲、压缩和剪切61

3.2.1　材料的扭转61

3.2.2　材料的弯曲64

3.2.3　材料的压缩67

3.2.4　材料的剪切69

3.2.5　几种静载试验方法的比较70

3.3.2　布氏硬度71

3.3　材料的硬度71

3.3.1　硬度的概念与分类71

3.3.3　洛氏硬度75

3.3.4　维氏硬度78

3.3.5　显微硬度79

3.3.6　肖氏硬度80

3.3.7　莫氏硬度80

3.3.8　常用材料的硬度81

3.3.9　硬度与其他力学性能指标的关系82

3.4　缺口试样的力学性能83

3.4.1　缺口效应83

3.4.2　缺口试样的力学性能87

3.5　材料在冲击载荷下的力学性能92

3.5.1　加载速率与应变速率92

3.5.2　冲击载荷的能量性质92

3.5.3　冲击载荷下材料变形与断裂的特点93

3.5.4　缺口试样的冲击试验和冲击韧性94

3.5.5　冲击试样断裂过程分析97

3.5.6　冲击试验的应用99

3.6　材料的低温脆性100

3.6.1　低温脆性现象100

3.6.2　低温脆性的本质101

3.6.3　低温脆性的评定101

3.6.4　低温脆性的影响因素107

复习思考题112

第4章　材料的断裂韧性114

4.1　理论断裂强度114

4.2　Griffith断裂理论115

4.3　裂纹扩展的能量判据117

4.4　裂纹顶端的应力场118

4.4.1　三种裂纹类型118

4.4.3　应力强度因子K1119

4.4.2 Ⅰ型裂纹顶端的应力场119

4.4.4　断裂判据120

4.4.5　几种常见裂纹的应力强度因子121

4.5　应力强度因子的塑性区修正124

4.5.1　裂纹顶端的塑性区124

4.5.2　应力强度因子的塑性区修正126

4.6　断裂韧性KIC的测试127

4.6.1　三点弯曲法127

4.6.3 Vicker压痕法129

4.6.2　紧凑拉伸法129

4.7　材料强度的统计性质130

4.7.1　材料强度波动的分析130

4.7.2　强度的统计分析130

4.7.3　求应力函数的方法及韦伯模数分布131

4.7.4　韦伯模数中m及σ0的求法132

4.7.5　有效体积的计算132

4.7.6　韦伯统计的应用及实例133

4.8.1　外因（板厚和实验条件）134

4.8　影响断裂韧性KIC的因素134

4.8.2　内因（材料因素）135

4.8.3　KIC与静载力学性能指标的关系136

4.8.4　提高陶瓷材料断裂韧性的常用方法137

4.9　R曲线140

4.10　弹塑性条件下的断裂韧性概述141

4.10.1 J积分142

4.10.2 裂纹顶端张开位移（COD）143

复习思考题145

第5章　材料在变动载荷下的力学性能146

5.1 变动载荷（应力）和疲劳破坏的特征146

5.1.1　变动载荷（应力）及其描述参量146

5.1.2　疲劳破坏特征和断口形式147

5.2 高周疲劳147

5.2.1 S—N曲线和疲劳极限148

5.2.2　循环应力特性对S—N曲线的影响152

5.2.3　表面几何因素对高周疲劳特性的影响153

5.2.4　应力变动和累积损伤154

5.3　低周疲劳155

5.3.1　滞后回线156

5.3.2　循环硬化和循环软化157

5.3.3　循环应力—应变曲线157

5.3.4　应变—寿命曲线158

5.4　热疲劳159

5.5.1　应力、裂纹长度与疲劳裂纹扩展的关系160

5.5　疲劳裂纹扩展160

5.5.2　疲劳裂纹扩展寿命的估算161

5.6　疲劳裂纹萌生和扩展机理163

5.6.1　疲劳裂纹的萌生163

5.6.2　疲劳裂纹扩展的方式和机理165

5.7 改善疲劳强度的方法166

5.8　聚合物的疲劳166

5.8.1　聚合物的S—N曲线和疲劳极限166

5.9.1　静疲劳167

5.8.2　聚合物的疲劳裂纹扩展167

5.9 陶瓷材料的疲劳167

5.9.2　循环应力疲劳168

复习思考题168

第6章　材料在环境条件下的力学性能170

6.1　应力腐蚀断裂171

6.1.1　应力腐蚀断裂的特点171

6.1.2　典型材料的应力腐蚀172

6.1.3　应力腐蚀断裂的测试方法与评价指标173

6.1.4　应力腐蚀断裂的影响因素179

6.1.5　应力腐蚀断裂的机理180

6.1.6　应力腐蚀断裂的防护措施182

6.2　氢致断裂183

6.2.1　金属中的氢183

6.2.2　氢致断裂的类型和特点184

6.2.3　氢致滞后断裂的机理186

6.2.4　氢致断裂与应力腐蚀断裂的关系187

6.2.5　氢致断裂的测试与评价188

6.2.6　氢致断裂的防护措施189

6.3　腐蚀疲劳断裂190

6.3.1　腐蚀疲劳断裂的特点190

6.3.2　腐蚀疲劳断裂的机制191

6.3.3　腐蚀疲劳裂纹的扩展速率192

6.3.4　腐蚀疲劳的影响因素193

6.3.5　腐蚀疲劳的防护措施195

6.4 腐蚀磨损脆性196

6.4.1　腐蚀磨损脆性的现象和特点196

6.4.2　腐蚀磨损脆性的机制197

6.4.3　典型材料的腐蚀磨损脆性198

6.4.4　腐蚀磨损脆性的测试方法与评价指标203

6.4.5　腐蚀磨损脆性与应力腐蚀、氢脆、腐蚀疲劳的关系205

6.4.6　腐蚀磨损脆性的防护措施206

6.5.1　辐照损伤207

6.5　辐照脆性207

6.5.2　辐照效应208

6.5.3　辐照致脆机理210

6.5.4　辐照损伤的回复与控制212

6.6　液（固）态金属脆性213

6.6.1　金属脆性的现象和特点213

6.6.2　典型材料的金属脆性214

6.6.3　金属脆性的机制217

6.7　无机材料的环境脆性219

6.7.1　无机材料环境脆性的现象和特点219

6.7.2　玻璃和陶瓷材料的环境脆性220

6.7.3　无机材料环境脆性的裂纹扩展速率222

6.7.4　无机材料环境脆性的机制223

6.8　高聚物的环境脆性224

6.8.1　水性介质中聚合物的脆性225

6.8.2　有机溶剂体系中聚合物的应力开裂226

复习思考题228

第7章　材料在高温条件下的力学性能231

7.1　材料的蠕变232

7.1.1　蠕变曲线232

7.1.2　蠕变机制233

7.1.3　蠕变的影响因素235

7.2　蠕变极限及持久强度238

7.2.1　蠕变极限238

7.2.2　持久强度238

7.2.3 蠕变极限和持久强度的影响因素240

7.3 应力松弛241

7.3.1　金属材料的应力松弛241

7.3.2　高分子材料的应力松弛242

7.4　高温疲劳及疲劳与蠕变的交互作用243

7.4.1　基本加载方式和σ—ε曲线243

7.4.2　高温疲劳的一般规律244

7.4.3　疲劳和蠕变的交互作用246

7.5.2　热暴露的特点248

7.5.1　热暴露评定指标248

7.5 高温热暴露248

7.5.3　热暴露的影响因素249

7.5.4　热暴露机理250

7.6　陶瓷材料的抗热震性250

7.6.1　抗热震断裂251

7.6.2　抗热震损伤251

7.6.3　陶瓷涂层的热震寿命251

7.7 温度对聚合物力学性能的影响252

复习思考题254

第8章　材料的摩擦与磨损性能255

8.1 材料的表面形态与接触255

8.1.1　表面形貌参数255

8.1.2　材料的表面结构和表面性质259

8.1.3　粗糙表面的接触261

8.2.1　摩擦的概念与分类264

8.2　材料的摩擦264

8.2.2　经典摩擦理论265

8.2.3　分子—机械摩擦理论266

8.2.4　黏着摩擦理论268

8.3　材料的磨损271

8.3.1　磨损的概念与分类271

8.3.2　磨损过程273

8.3.3　黏着磨损275

8.3.4　磨粒磨损278

8.3.5　疲劳磨损283

8.3.6　腐蚀磨损286

8.3.7　冲蚀磨损与微动磨损288

8.4　摩擦磨损的测试方法292

8.4.1　摩擦磨损测试仪器292

8.4.2　摩擦磨损的测量与评定294

8.5　摩擦磨损的控制296

8.5.1　润滑剂的使用296

8.5.2　摩擦副材料的选择298

8.5.3　材料的表面改性与强化299

复习思考题300

第9章　纳米材料的力学性能302

9.1 纳米材料与纳米科技302

9.1.1　纳米材料的定义302

9.1.2　纳米材料的分类302

9.2　纳米材料力学性能概述303

9.3 纳米金属材料的力学性能306

9.3.1　纳米金属的强度306

9.3.2　纳米金属的塑性307

9.4　纳米非金属材料的力学性能310

9.4.1　纳米陶瓷材料的力学性能310

9.4.2 Y-TZP陶瓷断裂表面的超塑性变形311

9.5　碳纳米材料的力学性能313

9.5.1　纳米碳管力学性能的理论研究313

9.5.2　纳米碳管的Stone-Wales变形315

9.5.3　纳米碳管断裂的理论分析317

9.5.4　纳米碳管力学性能的实验研究318

9.6　纳米复合材料的力学性能327

9.6.1　金属纳米复合材料327

9.6.2　陶瓷纳米复合材料331

9.6.3　碳纳米管复合材料332

9.6.4　聚合物纳米复合材料337

9.7　纳米材料的蠕变与超塑性343

9.7.1　纳米材料的蠕变343

9.7.2　纳米材料的超塑性347

复习思考题349

附录351

附录1 材料力学性能中的常用单位换算表351

附录2 常用材料的力学性能352

附录3　部分材料的平面应变断裂韧性KIC353

附录4　部分工程材料的疲劳门槛值△Kth354

参考文献355