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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14

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20

1.2.3 弯曲22

1.2.4 扭转23

1.2.5 剪切25

1.2.6 几种静载试验方法的比较25

1.3 缺口效应26

1.3.1 缺口处应力分布及缺口效应26

1.3.2 缺口敏感度28

1.4 硬度29

1.4.1 布氏硬度29

1.4.2 洛氏硬度32

1.4.3 维氏硬度33

1.4.4 其他硬度34

1.4.5 常用材料的硬度35

1.4.6 纳米硬度36

1.5 冲击韧度37

1.5.1 夏比缺口冲击试验37

1.5.2 冲击韧度和冲击功的适用性38

1.5.3 冲击试验的应用38

1.6 强度的统计学分析39

本章小结41

名词及术语42

思考题及习题43

2 材料的变形46

2.1 弹性变形46

2.1.1 弹性变形的宏观描述46

2.1.2 弹性变形的微观本质48

2.1.3 弹性模量影响因素50

2.1.4 橡胶弹性56

2.1.5 非理想弹性变形57

2.2 黏弹性变形61

2.2.1 黏弹性行为61

2.2.2 力学松弛62

2.2.3 黏弹性变形的唯象描述64

2.2.4 时温等效原理68

2.3 塑性变形69

2.3.1 塑性变形的一般特点69

2.3.2 塑性变形机理69

2.3.3 屈服80

2.3.4 应变硬化85

2.3.5 颈缩87

2.4 先进材料的力学性能89

2.4.1 金属玻璃89

2.4.2 多孔材料91

2.4.3 纳米结构材料94

本章小结96

名词及术语97

思考题及习题97

3 材料的断裂100

3.1 断裂概述100

3.1.1 断裂类型100

3.1.2 断裂强度101

3.1.3 宏观断口104

3.1.4 断裂机制图105

3.2 断裂过程及机制107

3.2.1 解理断裂108

3.2.2 微孔聚集断裂113

3.2.3 沿晶断裂116

3.2.4 韧－脆转变116

3.3 非金属材料的断裂120

3.3.1 陶瓷材料的断裂120

3.3.2 高分子材料的断裂125

3.4 断裂韧度128

3.4.1 裂纹尖端应力强度因子129

3.4.2 断裂韧度131

3.4.3 裂纹尖端塑性区及有效裂纹修正131

3.4.4 断裂韧度的测试134

3.4.5 断裂韧度的工程应用137

3.4.6 裂纹扩展能量释放率140

3.5 材料的韧化141

3.5.1 金属材料的韧化141

3.5.2 陶瓷材料的韧化143

3.6 弹塑性断裂力学简介149

3.6.1 CTOD法149

3.6.2 J积分152

本章小结156

名词及术语157

思考题及习题159

4 材料的疲劳162

4.1 疲劳概述162

4.1.1 变动应力162

4.1.2 疲劳破坏特点163

4.1.3 疲劳宏观断口164

4.2 疲劳的宏观表征165

4.2.1 疲劳曲线165

4.2.2 疲劳极限167

4.2.3 疲劳过载172

4.2.4 疲劳缺口敏感度174

4.2.5 低周疲劳175

4.2.6 疲劳裂纹扩展速率179

4.3 疲劳的微观过程181

4.3.1 延性固体的循环变形181

4.3.2 疲劳裂纹的萌生182

4.3.3 疲劳裂纹的扩展185

4.3.4 疲劳裂纹扩展的阻滞和瞬态过程187

4.4 非金属材料的疲劳190

4.4.1 陶瓷材料的疲劳190

4.4.2 高分子材料的疲劳192

4.5 特种条件下的疲劳195

4.5.1 接触疲劳195

4.5.2 冲击疲劳197

4.5.3 微动疲劳198

4.5.4 多轴疲劳198

4.5.5 变幅疲劳199

本章小结201

名词及术语202

思考题及习题202

5 材料在不同工程环境下的力学性能205

5.1 高温强度205

5.1.1 概述205

5.1.2 蠕变曲线205

5.1.3 蠕变极限207

5.1.4 持久强度及持久塑性208

5.1.5 松弛稳定性210

5.1.6 蠕变的微观过程211

5.1.7 常见高温结构材料的蠕变性能215

5.1.8 高温疲劳219

5.2 高速加载下的力学性能222

5.2.1 概述222

5.2.2 高速载荷下的变形226

5.2.3 高速载荷下的断裂229

5.2.4 动态断裂韧度232

5.2.5 高分子材料的冲击强度232

5.3 环境诱发断裂233

5.3.1 应力腐蚀断裂234

5.3.2 氢致开裂240

5.3.3 液体金属脆244

5.4 材料的磨损性能245

5.4.1 概述245

5.4.2 磨损机理248

5.4.3 磨损试验方法253

5.4.4 非金属材料的磨损特性256

5.5 材料在极端环境下的行为258

5.5.1 超高温258

5.5.2 超低温260

5.5.3 超高压262

5.5.4 超高真空263

5.5.5 空间环境263

5.5.6 辐照条件下材料的行为265

本章小结268

名词及术语269

思考题及习题270

6 材料的热学性能272

6.1 热容272

6.1.1 热容的定义272

6.1.2 固体热容理论简介273

6.1.3 金属及合金的热容276

6.1.4 陶瓷材料的热容277

6.1.5 聚合物材料的热容278

6.1.6 相变对热容的影响279

6.1.7 热容的测量280

6.2 材料的热膨胀281

6.2.1 热膨胀的表征及工程意义281

6.2.2 热膨胀的物理本质282

6.2.3 格留乃森定律及固体极限膨胀方程284

6.2.4 影响热膨胀的因素285

6.2.5 常用工程材料的热膨胀性能289

6.2.6 热膨胀系数的测定292

6.3 热传导294

6.3.1 热传导的表征及工程意义294

6.3.2 热传导的物理机制295

6.3.3 魏德曼－弗朗兹定律297

6.3.4 工程材料的热导率及其影响因素298

6.3.5 热导率的测定302

6.4 热电性303

6.4.1 热电效应及本质303

6.4.2 材料热电性能的表征306

6.4.3 热电效应的应用308

6.5 热分析方法及应用310

6.5.1 热分析方法310

6.5.2 热分析的应用312

本章小结315

名词及术语315

思考题及习题316

7 磁学性能317

7.1 磁性基本概念及磁学量317

7.1.1 磁场强度、磁感应强度和磁导率317

7.1.2 磁矩和原子固有磁矩318

7.1.3 磁化强度和磁化率318

7.2 物质磁性的分类319

7.3 抗磁性和顺磁性320

7.3.1 抗磁性320

7.3.2 顺磁性321

7.3.3 自由电子的顺磁性和抗磁性322

7.3.4 金属的抗磁性和顺磁性324

7.4 铁磁性325

7.4.1 铁磁性材料的特性——磁性曲线和磁滞回线325

7.4.2 铁磁性的物理本质327

7.5 磁各向异性和磁晶能330

7.5.1 磁各向异性及其形成原因330

7.5.2 磁各向异性常数331

7.5.3 铁磁体的形状各向异性和退磁能332

7.6 磁致伸缩和磁弹性能333

7.7 磁畴结构336

7.8 技术磁化微观机制339

7.9 动态磁化340

7.9.1 交流磁化过程与交流磁滞回线340

7.9.2 复数磁导率341

7.10 铁磁性的影响因素342

7.10.1 温度的影响343

7.10.2 应力的影响343

7.10.3 加工硬化和晶粒细化的影响344

7.10.4 磁场退火344

7.10.5 合金成分和组织的影响345

7.11 磁性的测量及磁性分析的应用346

7.11.1 磁性的测量346

7.11.2 磁性分析的应用351

本章小结353

名词及术语354

思考题及习题354

8 电学性能356

8.1 导电性能356

8.1.1 概述356

8.1.2 金属的导电性360

8.1.3 半导体的电学性能365

8.1.4 超导电性372

8.1.5 非金属材料的导电性374

8.1.6 电阻的测量及在材料研究中的应用378

8.2 介电性382

8.2.1 介电性及电介质的极化382

8.2.2 介质损耗387

8.2.3 介电强度392

8.3 铁电性393

8.3.1 铁电性基本理念393

8.3.2 铁电性的微观理论394

8.3.3 铁电体的类型396

8.4 压电性397

8.4.1 压电效应397

8.4.2 压电性表征398

8.4.3 压电效应的应用400

8.5 热释电性400

8.5.1 热释电效应400

8.5.2 热释电效应本质及表征401

8.5.3 热释电效应的应用402

本章小结402

名词及术语403

思考题及习题403

9 光学性能406

9.1 光的基本性质406

9.1.1 光的波粒二象性406

9.1.2 光与固体相互作用408

9.2 光在固体中的传播特性409

9.2.1 光的折射409

9.2.2 光的反射412

9.2.3 光的吸收415

9.2.4 光的散射418

9.2.5 光的透射420

9.3 材料的光发射422

9.3.1 光发射概述422

9.3.2 冷光426

9.3.3 激光427

9.4 耦合光学效应429

9.4.1 电光效应429

9.4.2 磁光效应430

9.4.3 光弹效应432

9.4.4 声光效应432

9.5 非线性光学效应434

9.5.1 非线性光学效应概述434

9.5.2 产生二阶非线性光学效应的条件435

本章小结436

名词及术语437

思考题及习题437

10 材料的耐环境性能439

10.1 金属材料的腐蚀439

10.1.1 腐蚀概论439

10.1.2 金属的电化学腐蚀机理443

10.1.3 常见的腐蚀形态453

10.1.4 腐蚀环境457

10.1.5 金属的耐蚀性能462

10.2 高分子材料的老化465

10.2.1 高分子材料老化类型465

10.2.2 高分子材料防老化措施471

10.2.3 高分子材料老化测试与评价473

本章小结477

名词及术语478

思考题及习题478

参考文献480