材料力學(xué)行為

前言

材料是人類社會(huì)物質(zhì)文明的基礎(chǔ)，被稱作現(xiàn)代社會(huì)文明的四大支柱之一。具備特殊的性能或者優(yōu)異的綜合性能是所有工程材料的共性特征。因此，材料性能是從事材料的研究、生產(chǎn)和應(yīng)用的科學(xué)研究與工程技術(shù)人員共同關(guān)心的內(nèi)容。依據(jù)材料的性能表現(xiàn)——也就是受到外界因素作用時(shí)發(fā)生的狀態(tài)變化屬于物理范圍還是化學(xué)范圍，將材料的性能劃分為物理性能和化學(xué)性能兩大類。從所使用材料的數(shù)量看，工程材料的絕大部分都是在承受載荷作用，稱作結(jié)構(gòu)材料；與之相對(duì)的是所謂的功能材料，主要利用它們?cè)陔?、磁、光、熱、聲等方面的一些特殊物理性能。由于工程上結(jié)構(gòu)材料數(shù)量多,暴露的問題非常多，相關(guān)的研究工作細(xì)致，而其實(shí)際意義重大，有關(guān)材料承受應(yīng)力作用時(shí)表現(xiàn)出來的性能——材料的力學(xué)性能，或者稱作機(jī)械性能，從材料的物理性能中單獨(dú)分離出來。這樣，材料的性能通常劃分為化學(xué)性能、物理性能和力學(xué)性能。從研究角度看，材料性能可以簡單地歸結(jié)為材料在一定外界條件下，對(duì)于外部作用的響應(yīng)。其中的外界條件是指使材料狀態(tài)發(fā)生變化的作用因素，分為主要作用因素和環(huán)境因素。其中的主要作用因素包括應(yīng)力、溫度、磁場(chǎng)、電場(chǎng)、化學(xué)介質(zhì)、輻照等一種或者一種以上的聯(lián)合作用，而環(huán)境因素則是指環(huán)境溫度與介質(zhì)。所謂的狀態(tài)變化，包括形狀、表觀等各種各樣關(guān)系到材料使用需求的性質(zhì)。材料性能的突出特點(diǎn)為其涵蓋面的廣泛性。這樣，處理材料性能問題時(shí)，掌握一定的方法，能夠舉一反三，從而能夠快速地掌握某種新的材料性能，是很重要的。推薦給讀者的基本處理方法包括以下四個(gè)互相關(guān)聯(lián)的方面。

內(nèi)容概要

本書主要討論材料在各種條件下的變形與斷裂行為。依據(jù)材料的力學(xué)行為遵循彈性變形—塑性變形—斷裂的變化過程，將宏觀性能與組織結(jié)構(gòu)變化聯(lián)系起來，除了金屬材料以外，還對(duì)聚合物、陶瓷以及復(fù)合材料的力學(xué)行為作了一定的補(bǔ)充。既從力學(xué)角度，也從材料學(xué)角度對(duì)材料力學(xué)行為進(jìn)行研究。第1章主要闡述了材料的彈性變形。第2，4，5～7,9章描述了材料在不同條件下表現(xiàn)出的變形和斷裂行為，它們分別為室溫下靜載（第2章）、溫度與加載速率的影響（第4章）、載荷大小與方向隨時(shí)間變化的影響（第5章）、高溫下的行為（第6章）、環(huán)境介質(zhì)與載荷的聯(lián)合作用（第7章）、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的力學(xué)行為（第9章）等。第3章介紹了斷裂力學(xué)與斷裂韌性的初步知識(shí)，引入了金屬、陶瓷材料及聚合物的韌化方法。第8章為金屬材料的強(qiáng)化。     本書可作為高等學(xué)校金屬材料工程、材料成形與控制工程、冶金工程、機(jī)械設(shè)計(jì)等專業(yè)的教材。

書籍目錄

第1章　材料的彈性與滯彈性　1.1　受力與變形的表述方法　　1.1.1　受力狀態(tài)的表述　　1.1.2　變形的表述　1.2　材料的彈性概述　　1.2.1　材料的彈性變形與塑性變形　　1.2.2　材料的彈性類型　　1.2.3　工程材料的彈性特點(diǎn)　1.3　材料的彈性變形規(guī)律　　1.3.1　線彈性應(yīng)力?應(yīng)變關(guān)系——胡克定律　　1.3.2　晶體的彈性各向異性與廣義胡克定律　1.4　線彈性材料的彈性常數(shù)　　1.4.1　各向同性材料的彈性常數(shù)　　1.4.2　晶體的彈性常數(shù)及其各向異性　1.5　線彈性變形的機(jī)理與影響因素　　1.5.1　材料彈性的結(jié)合鍵機(jī)制　　1.5.2　材料在鍵合機(jī)制下的彈性模量與相關(guān)因素　1.6　高分子材料的彈性與影響因素　　1.6.1　高分子材料的彈性變形　　1.6.2　原子結(jié)合鍵機(jī)制的彈性變形　　1.6.3　構(gòu)象熵機(jī)制的彈性變形　　1.6.4　高彈體彈性的變形規(guī)律及影響因素　1.7　材料的剛度與異常彈性　　1.7.1　材料的剛度與比模量　　1.7.2　材料的彈性反常　1.8　材料的滯彈性　　1.8.1　滯彈性的標(biāo)準(zhǔn)線性固體模型　　1.8.2　標(biāo)準(zhǔn)線性固體的應(yīng)力松弛與彈性后效　　1.8.3　一般情況下的應(yīng)力?應(yīng)變關(guān)系　　1.8.4　模量的頻率特性及模量虧損　1.9　材料的內(nèi)耗　　1.9.1　內(nèi)耗性能指標(biāo)　　1.9.2　標(biāo)準(zhǔn)線性固體的內(nèi)耗特性　　1.9.3　斯諾克(Snoek)內(nèi)耗峰及其微觀機(jī)理　　1.9.4　斯諾克內(nèi)耗峰的影響因素及應(yīng)用　　1.9.5　其他弛豫型內(nèi)耗　　1.9.6　靜態(tài)滯后型內(nèi)耗第2章　工程材料在靜載下的力學(xué)行為　2.1　金屬在靜拉伸條件下的力學(xué)行為　　2.1.1　拉伸試驗(yàn)　　2.1.2　單向拉伸時(shí)的工程應(yīng)力、應(yīng)變與真應(yīng)力、真應(yīng)變　　2.1.3　單晶體金屬材料拉伸過程的變形行為　　2.1.4　多晶塑性材料拉伸過程中工程應(yīng)力應(yīng)變曲線的一般形狀　　2.1.5　力學(xué)參數(shù)測(cè)定　　2.1.6　材料的屈服53　　2.1.7　均勻塑性變形階段的Hollomon公式　　2.1.8　靜拉伸條件下的頸縮現(xiàn)象與頸縮判據(jù)　　2.1.9　靜拉伸條件下的斷裂　2.2　陶瓷試驗(yàn)　2.3　聚合物的變形　2.4　應(yīng)力狀態(tài)對(duì)材料力學(xué)行為的影響　　2.4.1　應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)α　　2.4.2　聯(lián)合強(qiáng)度理論　2.5　應(yīng)力集中與缺口效應(yīng)　　2.5.1　孔的應(yīng)力集中　　2.5.2　缺口效應(yīng)　　2.5.3　缺口拉伸實(shí)驗(yàn)　　2.5.4　缺口效應(yīng)與拉伸試樣頸縮部位應(yīng)力分布　2.6　其他靜載試驗(yàn)方法　　2.6.1　壓縮試驗(yàn)　　2.6.2　彎曲試驗(yàn)　　2.6.3　扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)　　2.6.4　硬度試驗(yàn)第3章　斷裂與斷裂韌性　3.1　斷裂的分類方法　　3.1.1　按載荷、環(huán)境、溫度進(jìn)行分類　　3.1.2　根據(jù)斷裂前塑性變形　　3.1.3　根據(jù)斷裂面的取向　　3.1.4　根據(jù)裂紋擴(kuò)展的途徑　　3.1.5　根據(jù)斷裂機(jī)制　3.2　裂紋形核與擴(kuò)展的物理模型　　3.2.1　微裂紋形核的位錯(cuò)模型　　3.2.2　裂紋擴(kuò)展模型　3.3　理論斷裂強(qiáng)度……第4章　材料的脆性斷裂和韌-脆轉(zhuǎn)變第5章　材料的疲勞行為第6章　材料的高溫強(qiáng)度與強(qiáng)化第7章　材料在介質(zhì)與應(yīng)力共同作用下的行為第8章　金屬材料的屈服強(qiáng)度與強(qiáng)化第9章　纖維增強(qiáng)復(fù)合材料及其力學(xué)行為參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：第2章 工程材料在靜載下的力學(xué)行為用于承受載荷作用的材料稱為結(jié)構(gòu)材料。它們可以是金屬、陶瓷、聚合物以及復(fù)合材料，在相同的載荷方式和環(huán)境的聯(lián)合作用下，上述各類材料表現(xiàn)出的力學(xué)行為，即變形和斷裂行為是截然不同的。變形和斷裂是固體物質(zhì)承受外力時(shí)，隨外力增大所必然發(fā)生的普遍現(xiàn)象。對(duì)于晶體結(jié)構(gòu)材料來說，從變形到斷裂的全過程總是由彈性變形、塑性變形和斷裂三個(gè)階段構(gòu)成。在變形開始階段，外加載荷較小，卸載后，物體變形消失并完全恢復(fù)原狀，這種變形稱為“彈性變形”。關(guān)于“彈性變形”的相關(guān)內(nèi)容在第一章 中已詳細(xì)描述。當(dāng)外力繼續(xù)增大到某一數(shù)值后再卸載時(shí)，物體發(fā)生的變形不能完全消失，這時(shí)材料進(jìn)入塑性變形階段。對(duì)于金屬材料，形變抗力隨塑性變形的發(fā)展而提高，稱為應(yīng)變硬化現(xiàn)象。金屬材料具有彈性、塑性和應(yīng)變硬化的能力，是金屬材料優(yōu)于其他固體物質(zhì)而在工程技術(shù)上被廣泛應(yīng)用的原因之一。由于金屬和陶瓷的初級(jí)結(jié)合鍵的類型不同，陶瓷材料中的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受到嚴(yán)格限制，很少呈現(xiàn)明顯的塑性變形，表現(xiàn)出固有的脆性。與金屬和陶瓷相比，聚合物通常呈現(xiàn)較低的彈性模量和較低的斷裂強(qiáng)度，較高的延伸率。聚合物的另一個(gè)重要特性是其力學(xué)性能與時(shí)間的相關(guān)性，即表現(xiàn)出彈性應(yīng)變的時(shí)問相關(guān)性——滯彈性，以及室溫下的“蠕變”現(xiàn)象。當(dāng)塑性變形進(jìn)行到一定程度時(shí)，材料內(nèi)部出現(xiàn)裂紋。在外力作用下，裂紋擴(kuò)展，最終導(dǎo)致斷裂。塑性變形行為和包含裂紋萌生與擴(kuò)展的斷裂階段的表現(xiàn)，受各種外界因素如加載條件、應(yīng)力狀態(tài)、溫度、應(yīng)變速率、環(huán)境介質(zhì)，及材料本身狀態(tài)如組織結(jié)構(gòu)的顯著影響?？梢哉f，彈性變形、塑性變形和斷裂這三個(gè)階段是金屬材料在外力作用下所產(chǎn)生的基本現(xiàn)象。雖然說斷裂清楚地顯示了零件的失效，但應(yīng)該指出的是，失效可能發(fā)生在斷裂之前。在許多情況下，導(dǎo)致失效的是斷裂之前發(fā)生的塑性變形，比如，載重卡車超載運(yùn)行或駛?cè)肟油莸貢r(shí)車軸發(fā)生彎曲，就是構(gòu)件并沒有斷裂但是卻已失效的例子之一。單向拉伸試驗(yàn)可以表現(xiàn)出一般塑性材料從變形到斷裂全過程中的力學(xué)行為。本章首先從金屬材料最典型的拉伸試驗(yàn)結(jié)果，即從應(yīng)力一應(yīng)變曲線開始，探討從彈性變形過渡到塑性變形、頸縮到斷裂全過程的基本特點(diǎn)、機(jī)制及物理本質(zhì)。然后針對(duì)不同材料考慮測(cè)定其抵抗失效能力的方法。

編輯推薦

《材料力學(xué)行為》是由化學(xué)工業(yè)出版社出版的。

圖書封面

評(píng)論、評(píng)分、閱讀與下載

---

    材料力學(xué)行為 PDF格式下載

---