材料力學性能

前言

　　各種工程零部件在受力或力與其他環(huán)境因素綜合作用時都會呈現(xiàn)出多樣的、不同程度的損傷，嚴重時會造成零部件的失效。如果這些零部件位于設備中比較重要的位置，就會給國民經(jīng)濟及人身財產(chǎn)安全帶來巨大損失，因此研究機件材料的力學性能顯得尤為重要。本書是根據(jù)教育部最新頒布的課程教學基本要求和國家提出的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)要求編寫的，“材料力學性能”是高等院校材料類、機械類和近材料類、近機械類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎課。本書共分8章，系統(tǒng)地闡述了材料在靜荷載、動荷載作用下的力學性能、材料的斷裂和斷裂韌度、材料的摩擦與磨損、材料的蠕變及高溫下材料其他的力學性能，主要研究力或力與其他外界條件共同作用下的材料的變形和斷裂的基本規(guī)律及其本質(zhì)，分析各種內(nèi)在因素和外在條件對材料力學性能的影響及機制，為正確選材和合理使用材料提供依據(jù)，為研制新材料、改進和開發(fā)冷熱加工新工藝以及充分發(fā)揮材料力學性能潛力指明方向，并為機器零件或構件的失效分析奠定一定基礎。　　本書力求將材料力學行為的微觀物理本質(zhì)與力學行為的宏觀規(guī)律有機結(jié)合，既強調(diào)材料力學性能的基本概念，又盡可能介紹與本學科相關的一些新成就，因此本書在內(nèi)容的編排和設計上有所創(chuàng)新。每一章均采取知識框架、導人案例以及穿插相關閱讀材料等編排形式，便于讀者深人學習研究。本書語言簡潔，信息量大，科學性和實用性強，內(nèi)容新穎，引入新成果和新進展，有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識，拓寬讀者專業(yè)知識面，便于讀者了解當前國內(nèi)外材料力學性能研究動態(tài)和發(fā)展趨勢?！　”緯蓵r海芳、任鑫任主編，胡文全、高志玉任副主編。其中緒論和第3章由時海芳編寫，第1、2章由胡文全編寫，第4～6章由高志玉編寫，第7、8章由任鑫編寫?！　”緯诰帉戇^程中，參閱了大量的有關著作、教材和技術資料，在此謹對這些著作、教材和技術資料的編著者表示衷心的感謝?！　∮捎诰幷咚接邢?，書中不妥之處在所難免，懇請廣大讀者批評指正。

內(nèi)容概要

本書主要介紹材料在外載荷作用下或載荷與環(huán)境因素(溫度、介質(zhì)、加載速度)聯(lián)合作用下所表現(xiàn)的行為及其物理本質(zhì)的評定方法，體現(xiàn)了加強基礎、拓寬專業(yè)面、注重創(chuàng)新能力與素質(zhì)培養(yǎng)的目標和原則。本書主要內(nèi)容包括緒論、材料在單向靜拉伸載荷下的力學性能、材料在其他靜載荷下的力學性能、材料在沖擊載荷下的力學性能、材料的斷裂韌性、材料在變動載荷下的力學性能、材料在環(huán)境條件下的力學性能、材料在高溫條件下的力學性能、材料的摩擦與磨損性能。本書以闡述宏觀規(guī)律為主，將宏觀規(guī)律與微觀機理相結(jié)合，同時強調(diào)理論與實際相聯(lián)系。    本書可作為材料科學與工程專業(yè)和材料成形及控制工程專業(yè)本科生教材，也可作為近材料類和近機械類專業(yè)教學輔助參考書，還可作為有關科研人員和工程技術人員的參考用書。

書籍目錄

緒論第1章 材料在單向靜拉伸載荷下的力學性能  1.1 拉伸力-伸長曲線和應力-應變曲線    1.1.1 拉伸力-伸長曲線    1.1.2 應力-應變曲線  1.2 彈性變形    1.2.1 彈性變形及其實質(zhì)    1.2.2 廣義胡克定律    1.2.3 彈性性能    1.2.4 彈性性能的工程意義    1.2.5 彈性不完整性  1.3 塑性變形    1.3.1 塑性變形的方式與特點    1.3.2 屈服現(xiàn)象及其本質(zhì)    1.3.3 影響屈服強度的因素    1.3.4 加工硬化(應變硬化、形變強化)    1.3.5 頸縮現(xiàn)象和抗拉強度    1.3.6 塑性    1.3.7 韌性的概念及靜力韌度分析  1.4 聚合物材料的變形    1.4.1 聚合物拉伸過程中的載荷-伸長曲線    1.4.2 聚合物的彈性變形和彈性模量    1.4.3 聚合物的變形機制  1.5 陶瓷材料的變形  1.6 材料的斷裂    1.6.1 金屬材料的斷裂    1.6.2 金屬斷裂強度    1.6.3 陶瓷材料的斷裂    1.6.4 高分子材料的斷裂  小結(jié)  復習思考題第2章 材料在其他靜載荷下的力學性能  2.1 應力狀態(tài)軟性系數(shù)  2.2 材料的壓縮    2.2.1 壓縮試驗的特點    2.2.2 壓縮試驗  2.3 材料的彎曲    2.3.1 彎曲試驗的特點    2.3.2 彎曲試驗  2.4 材料的扭轉(zhuǎn)    2.4.1 應力-應變分析    2.4.2 扭轉(zhuǎn)試驗及測定的力學性能  2.5 材料的硬度    2.5.1 硬度的概念與分類    2.5.2 布氏硬度    2.5.3 洛氏硬度    2.5.4 維氏硬度    2.5.5 顯微硬度    2.5.6 肖氏硬度  2.6 缺口試樣在靜載荷下的力學性能    2.6.1 缺口效應    2.6.2 缺口試件的力學性能  小結(jié)  復習思考題第3章 材料在沖擊載荷下的力學性能  3.1 沖擊載荷下材料變形與斷裂的特點  3.2 沖擊彎曲和沖擊韌性    3.2.1 缺口韌性沖擊試驗    3.2.2 缺口沖擊試驗的應用  3.3 低溫脆性    3.3.1 低溫脆性現(xiàn)象    3.3.2 低溫脆性的本質(zhì)    3.3.3 韌脆轉(zhuǎn)變溫度的測定    3.3.4 落錘試驗和斷裂分析圖    3.3.5 低溫脆性的評定    3.3.6 影響韌脆轉(zhuǎn)變溫度的因素  小結(jié)  復習思考題第4章 材料的斷裂韌性  4.1 概述  4.2 裂紋尖端的應力場    4.2.1 三種斷裂類型    4.2.2 I型裂紋尖端的應力場    4.2.3 應力強度因子KT  4.3 斷裂韌性和斷裂判據(jù)    4.3.1 斷裂韌性Kc和KTC    4.3.2 斷裂判據(jù)  4.4 幾種常見裂紋的應力強度因子  4.5 裂紋尖端的塑性區(qū)  4.6 塑性區(qū)及應力強度因子的修正  4.7 裂紋擴展的能量判據(jù)GI  4.8 GI和KI的關系  4.9 影響斷裂韌性的因素    4.9.1 外部因素    4.9.2 內(nèi)部因素    4.9.3 高強度金屬材料的裂紋敏感性    4.9.4 斷裂韌性與常規(guī)力學性能指標間的關系  4.10 金屬材料斷裂韌性KTC的測定    4.10.1 試樣及其制備    4.10.2 測試方法    4.10.3 試驗結(jié)果的處理  4.11 彈塑性條件下的斷裂韌性    4.11.1 J積分    4.11.2 裂紋尖端張開位移(COD)法  4.12 陶瓷材料的斷裂韌性與增韌途徑    4.12.1 陶瓷材料的斷裂韌性    4.12.2 陶瓷材料斷裂韌性的測定    4.12.3 陶瓷材料的增韌途徑  小結(jié)  復習思考題第5章 材料在變動載荷下的力學性能  5.1 金屬疲勞現(xiàn)象及特點    5.1.1 變動載荷和循環(huán)應力    5.1.2 疲勞現(xiàn)象及特點    5.1.3 疲勞宏觀斷口特征  5.2 高周疲勞    5.2.1 S-N曲線和疲勞極限    5.2.2 不對稱循環(huán)應力下的疲勞極限和疲勞圖    5.2.3 疲勞缺口敏感度q  5.3 疲勞裂紋擴展    5.3.1 疲勞裂紋擴展曲線    5.3.2 疲勞裂紋擴展速率    5.3.3 疲勞裂紋擴展壽命估算  5.4 疲勞過程及機理    5.4.1 疲勞裂紋的萌生    5.4.2 疲勞裂紋的擴展  5.5 低周疲勞    5.5.1 低周疲勞概述    5.5.2 缺口機件疲勞壽命估算    5.5.3 低周沖擊疲勞    5.5.4 熱疲勞  5.6 聚合物的疲勞  5.7 陶瓷材料的疲勞    5.7.1 靜態(tài)疲勞    5.7.2 循環(huán)疲勞    5.7.3 陶瓷材料疲勞特性評價  小結(jié)  復習思考題第6章 材料在環(huán)境條件下的力學性能  6.1 應力腐蝕斷裂    6.1.1 應力腐蝕現(xiàn)象及產(chǎn)生條件    6.1.2 應力腐蝕斷裂機理及斷口分析    6.1.3 應力腐蝕斷裂評價指標    6.1.4 防止應力腐蝕斷裂的措施  6.2 氫脆    6.2.1 金屬中的氫    6.2.2 氫脆類型及特征    6.2.3 氫致延滯斷裂機理    6.2.4 氫致延滯斷裂與應力腐蝕的關系    6.2.5 防止氫脆的措施  6.3 腐蝕疲勞    6.3.1 腐蝕疲勞的特點    6.3.2 影響腐蝕疲勞裂紋擴展的因素    6.3.3 腐蝕疲勞裂紋擴展機制    6.3.4 防止腐蝕疲勞的措施  小結(jié)  復習思考題第7章 材料在高溫條件下的力學性能  7.1 材料在高溫下力學性能的特點  7.2 蠕變的宏觀規(guī)律及蠕變機制    7.2.1 金屬蠕變的宏觀規(guī)律    7.2.2 金屬蠕變變形機制    7.2.3 蠕變斷裂機理  7.3 金屬高溫力學性能指標    7.3.1 蠕變極限    7.3.2 持久強度    7.3.3 松弛穩(wěn)定性  7.4 影響金屬高溫力學性能的主要因素    7.4.1 化學成分    7.4.2 冶煉工藝的影響    7.4.3 組織結(jié)構    7.4.4 晶粒尺寸  7.5 金屬蠕變與疲勞的交互作用  7.6 聚合物的黏彈性與蠕變    7.6.1 溫度對聚合物力學性能的影響    7.6.2 聚合物的力學松弛——黏彈性  7.7 陶瓷材料的抗熱震性能    7.7.1 陶瓷抗熱震性的理論基礎    7.7.2 陶瓷涂層的熱震壽命    7.7.3 抗熱震陶瓷的分類及應用    7.7.4 提高陶瓷斷裂抗熱震性的主要措施  小結(jié)  復習思考題第8章 材料的摩擦與磨損性能  8.1 摩擦與磨損的基本概念    8.1.1 摩擦    8.1.2 磨損  8.2 磨損模型    8.2.1 黏著磨損    8.2.2 磨料磨損    8.2.3 沖蝕磨損    8.2.4 腐蝕磨損    8.2.5 微動磨損  8.3 磨損試驗方法    8.3.1 磨損試驗的類型    8.3.2 試樣試驗常用的磨損試驗機    8.3.3 材料耐磨性能的評定方法  8.4 摩擦磨損的控制    8.4.1 減輕黏著磨損的主要措施    8.4.2 改善磨料磨損耐磨性的措施  小結(jié)  復習思考題參考文獻

章節(jié)摘錄

這表明欲提高一個具體零件的彈性比功，除上述采取提高鞏或降低E的措施外，還可以改變零件的體積。體積越大，彈性比功越大，亦即儲存在零件中的彈性能越大。　　生產(chǎn)中的彈簧主要是作為減振元件使用的，它既要吸收大量變形功，又不允許發(fā)生塑性變形。因此，作為減振用的彈簧要求材料應盡可能具有最大的彈性比功。從這個意義上說，理想的彈性材料應該是具有高彈性極限和低彈性模量的材料?！　∵@里應強調(diào)指出的是彈性極限與彈性模量的區(qū)別。前者是材料的強度指標，它敏感地取決于材料的成分、組織及其他結(jié)構因素，而后者是剛度指標，只取決于原子間的結(jié)合力，屬結(jié)構不敏感的性質(zhì)，如前所述。因此，在彈簧或彈簧鋼的生產(chǎn)中，普遍采用的合金化、熱處理以及冷加工等措施，其目的都是為了最大限度地提高彈性極限，從而提高材料的彈性比功。彈簧鋼采用淬火中溫回火，是為了獲得回火屈氏體組織，即通過改變第二相的形態(tài)（指碳化物相的形狀、大小和分布特點）來提高其彈性極限。　　……

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　　新穎　　編寫體例新穎　借鑒優(yōu)秀教材特別是國外精品教材的寫作思路和方法。圖文并茂，活潑新穎。書中設置導入案例、閱讀材料和應用案例等多種模塊，并配備大量實物圖和實景圈，并輔以示意圖進行介紹，增強教材的可讀性，激發(fā)學生的學習興趣。　　知識內(nèi)窖新穎　充分反映學科新理論、新技術、新材料和新工藝，體現(xiàn)最新教學改革成果，并將學科發(fā)展趨勢和前沿研究內(nèi)容以閱讀材料的方式介紹給學生，增強教材內(nèi)容的延展性，有效拓展學生的知識面?！　嵱谩　≈R體系實用　以學生就業(yè)所需專業(yè)知識和操作技能為著眼點，著重講解應用型人才培養(yǎng)所需的技能。理論講解簡單實用，重視實踐環(huán)節(jié)，強化實際操作訓練，培養(yǎng)學生的職業(yè)意識和職業(yè)能力。讓學生學而有用，學而能用?！　?nèi)容編排實用　以學生為本，緊緊抓住學生專業(yè)學習的動力點，并充分考慮學生的認知過程，結(jié)合不同的工程實例深入淺出地進行講解，案例分析和習題設置注重啟發(fā)性，強調(diào)鍛煉學生的思維能力和運用知識解決問題的能力。

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