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目录1

第一篇 强度设计原理1

第一章 强度与失效1

1.1强度与失效的概念1

1.1.1材料失效模式1

1.1.2材料、构件和结构强度5

1.2断裂力学和强度设计6

1.3.1基本概念10

1.3强度的统计学特征10

1.3.2可靠性12

1.4强度设计方法论13

第二章 应力应变关系17

2.1应力17

2.1.1一点的应力状态17

2.1.2主应力19

2.1.3主剪应力21

2.2.1一点的应变状态23

2.2应变23

2.2.2主应变24

2.3材料的拉伸变形行为25

2.3.1拉伸试验25

2.3.2应力应变曲线28

2.4真实应力应变曲线31

2.4.1真应力与真应变31

2.4.2真应力应变曲线33

2.4.3缩颈形成条件36

2.5广义虎克定律37

2.5.1各向异性弹性体38

2.5.2各向同性弹性体39

2.6塑性应力应交关系43

2.7理想粘弹性体应力应变关系47

2.7.1粘性流动与粘弹性交形47

2.7.2粘弹性变形模型49

2.7.3时间——温度等效原理53

第三章 经典强度理论57

3.1最大正应力理论57

3.2最大正应变理论58

3.3最大剪应力理论59

3.4畸变能理论61

3.5莫尔圆在强度设计中的应用64

3.5.1三维应力状态的莫尔圆64

3.5.2莫尔失效理论65

3.6力学状态图67

3.7强度理论在设计中的应用69

3.7.1选用合适的强度理论70

3.7.2选用合适的安全系数70

第四章 断裂韧性73

4.1裂纹顶端应力73

4.1.1线弹性裂纹73

4.2.1塑性区尺寸的近似计算76

4.2裂纹顶端塑性区76

4.1.2应力强度因子76

4.2.2平面应力与平面应交78

4.2.3变形方式79

4.3平面应变断裂韧性81

4.3.1一般概念81

4.3.2工程材料的断裂韧性82

4.4韧脆性转交83

4.4.1韧脆性转变现象83

4.4.2韧脆性转变温度85

4.5裂纹扩展能量释放率87

4.5.1Griffith理论87

4.5.2能量释放率89

4.6裂纹顶端张开位移91

4.7扩展阻力曲线93

4.8复合型断裂判据95

第五章 断裂控制设计原则100

5.1选择材料100

5.2韧脆性转变控制原则103

5.2.1全厚度屈服准则104

5.2.2比例分析方法105

5.3破裂前渗漏原则107

5.4破损安全109

5.5断裂控制设计原理111

5.5.1断裂控制设计内容111

参考文献116

第二篇 微观强度理论119

第六章 缺陷与强度119

6.1固体的理论强度119

6.2晶体缺陷121

6.2.1位错121

6.2.2空位和间隙原子125

6.2.3晶界126

6.3金属中的非晶体缺陷130

6.4.1高分子材料的强化机理133

6.4高分子材料的结构特征133

6.4.2碳链聚合物136

6.4.3杂链热塑性聚合物138

6.5聚合物缺陷141

6.5.1位错和点缺陷141

6.5.2链结构缺陷141

6.5.3银纹143

6.6内界面变形兼容性原理146

6.7内耗149

6.8缺陷对强度影响的两重性153

第七章 微观强度理论157

7.1位错的基本性质157

7.1.1位错的弹性性质157

7.1.2位错间的交互作用160

7.1.3晶格对位错运动的阻力164

7.1.4位错的增殖164

7.2塑性变形方式166

7.2.1滑移166

7.2.2孪生169

7.3屈服现象的位错理论170

7.3.1屈服应力降落170

7.3.2延迟屈服和应变时效172

7.4屈服强度的微观理论174

7.4.1合金元素含量——屈服强度关系174

7.4.2分散相颗粒——屈服强度关系177

7.4.3晶粒大小——屈服强度关系179

7.4.4位错密度——屈服强度关系182

7.4.5两相合金的强度183

7.5高分子材料的变形机制184

第八章 细观断裂力学188

8.1断裂机制188

8.1.1断裂类型189

8.1.2断裂图191

8.2解理断裂195

8.2.1解理断裂的亚型195

8.2.2解理裂纹形成196

8.2.3解理裂纹扩展199

8.3韧性断裂202

8.3.1韧性断裂和第二相颗粒202

8.3.2空洞形成机理204

8.3.3空洞生长205

8.4裂纹的位错模型（BCS模型）208

8.4.1位错塞积群与裂纹的相似性209

3.4.2BCS模型211

8.5.1强度－韧性关系213

8.5断裂韧性的微观理论213

8.5.2RKR模型215

8.5.3RJ模型218

8.6高分子材料的断裂223

8.6.1速率效应223

8.6.2无定形聚合物的断裂224

8.6.3晶态与半晶态聚合物断裂226

8.6.4提高聚合物强度与韧性的途径227

8.7.1细观应力与应交230

8.7细观断裂力学方法论230

8.7.2细观模型231

8.7.3细观变形测量233

第九章 复合材料强度235

9.1复合材料简介235

9.2纤维复合材料236

9.3层合复合材料和颗粒复合材料242

参考文献244

第三篇 工程应用248

第十章 应力腐蚀开裂和环境强度248

10.1环境脆性特征248

10.1.1环境作用脆性的分类248

10.1.2应力腐蚀开裂的一般特征249

10.2应力腐蚀机理253

10.2.1阳极溶解型应力腐蚀机制253

10.2.2氢脆型应力腐蚀机制254

10.3SCC裂纹形成258

10.4SCC裂纹扩展261

10.4.1SCC裂纹扩展方式261

10.4.2SCC裂纹扩展同应力强度因子的关系263

10.5高分子材料的环境强度265

第十一章 金属的蠕变和高温强度268

1.11蠕变现象268

11.1.1蠕交曲线268

11.1.2蠕变类型270

11.2蠕交律271

11.2.1蠕变随时间的变化272

11.2.2应力和温度的影响273

11.3蠕交机制276

11.3.1扩散对蠕变的影响276

11.3.2蠕交机制278

11.4蠕变断裂285

11.4.1蠕变断裂类型285

11.4.2蠕交断裂机制286

11.5蠕变实验数据的外推290

11.6三维应力状态下的蠕变293

第十二章 疲劳强度297

12.1材料的循环变形行为297

12.1.1循环载荷297

12.1.2材料的循环变形性质298

12.2高周疲劳302

12.2.1P—S—N曲线303

12.2.2平均应力的影响304

12.2.3多轴应力疲劳309

12.3低周疲劳310

12.3.1低周疲劳特征310

12.3.2应变寿命曲线311

12.4疲劳裂纹形成314

12.4.1疲劳裂纹形成的一般特征314

12.4.2夹杂物315

12.4.3驻留滑移带（PSB）316

12.5.1Paris公式319

12.5疲劳裂纹扩展319

12.5.2裂纹闭合效应及裂纹顶端屏蔽321

12.5.3疲劳裂纹扩展机制325

12.6矢量裂纹顶端位移判据328

12.7细观组织小裂纹332

12.8疲劳蠕变交互作用338

12.8.1交交应力对蠕变行为的影响338

12.8.2累积损伤方法339

12.8.3修正的Coffin—Manson关系340

12.8.4分解应变范围方法342

12.9影响材料疲劳行为的因素344

12.10高分子材料的疲劳348

12.10.1热疲劳破坏348

12.10.2疲劳断裂350

第十三章 缺口强度353

13.1弹性缺口应力集中353

13.1.1理论应力集中系数353

13.1.2缺口顶端弹性应力应变状态358

13.2缺口塑性变形359

13.2.1缺口局部屈服360

13.2.2整体屈服362

13.2.3Neuber关系366

13.3缺口断裂367

13缺口疲劳370

13.4.1缺口疲劳系数371

13.4.2缺口局部循环应力应变373

13.4.3缺口短疲劳裂纹扩展376

第十四章 冲击强度382

14.1冲击载荷下材料变形与断裂的特点382

14.1.1Hopkinson落锤实验382

14.1.2能量方法383

14.2应力波385

14.2.1材料动态响应的范围385

14.2.2弹性波386

14.2.3弹塑性波392

14.2.4激波394

14.3高应交速率塑性变形396

14.3.1动态应力应变曲线397

14.3.2动态屈服398

14.3.3流变应力401

14.3.4复合应力状态406

14.4应变速率效应的微观理论407

14.4.1低度应变速率敏感区（Ⅰ区）408

14.4.2中度应变速率敏感区（Ⅱ区）408

14.4.3应变速率不敏感区（Ⅲ区）410

14.4.4高度应变速率敏感区（Ⅵ区）410

14.5冲击断裂413

14.5.1应变速率对韧脆性转变的影响414

14.5.2动态断裂韧性414

14.5.3剥落破裂416

14.5.4绝热剪切破坏419

14.6冲击载荷下金属的相变421

14.7.1各种力学性能试验的应交率范围423

14.7材料动态力学性能试验423

14.7.2摆锤式冲击弯曲试验424

14.7.3分离式425

14.8冲击疲劳427

14.9高应变率下高分子材料的力学性能432

第十五章 磨损与表层强度435

15.1表层结构和性质435

15.1.1表层的粗糙性435

15.1.2表面能436

15.1.3表层材料的力学性质437

15.2摩擦440

15.2.1金属的摩擦440

15.2.2高分子材料的摩擦442

15.2.3滚动摩擦445

15.3磨损现象447

15.3.1磨损的类型447

15.3.3磨损试验449

15.3.2高分子材料的磨损特性449

15.4滑动磨损450

15.4.1滑动磨损现象450

15.4.2粘着磨损理论452

15.4.3表层分离理论453

15.5磨粒磨损和冲击磨损456

15.5.1磨粒磨损456

15.5.2冲击磨损457

15.6.1接触应力459

15.6滚动接触疲劳459

15.6.2接触疲劳失效特征461

第十六章 寿命预测及失效分析464

16.1缺口疲劳寿命预测464

16.2累积损伤理论468

16.2.1Miner线性损伤理论468

16.2.2Manson双线性损伤理论470

16.3失效分析472

16.4断口分析475

参考文献478