《材料力學(xué)性能》比較全面和系統(tǒng)地介紹了固體材料在外加載荷及環(huán)境因素作用下的變形破壞特點(diǎn)以及相應(yīng)的力學(xué)性能指標(biāo)表征方法和測(cè)試方法。
《材料力學(xué)性能》緒論中對(duì)一些描述力學(xué)狀態(tài)及行為的基本概念做了簡(jiǎn)要介紹,然后分3篇詳細(xì)介紹了材料力學(xué)性能的有關(guān)知識(shí)。第1篇為材料力學(xué)性能的試驗(yàn)評(píng)測(cè),第1~8章。該篇內(nèi)容主要圍繞材料力學(xué)性能的試驗(yàn)測(cè)試方法展開(kāi),介紹了拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)、彎曲、剪切等靜載試驗(yàn)以及硬度試驗(yàn)方法,動(dòng)態(tài)力學(xué)分析、疲勞、沖擊等動(dòng)載試驗(yàn)以及摩擦磨損試驗(yàn)方法,還有材料的缺口敏感性試驗(yàn)、斷裂韌度試驗(yàn)、疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)以及環(huán)境溫度和介質(zhì)影響下的試驗(yàn)。這一部分旨在描述材料的各種力學(xué)行為,并測(cè)定相應(yīng)的力學(xué)性能指標(biāo)。第2篇為材料力學(xué)行為的機(jī)理分析,第9~11章。該篇內(nèi)容主要圍繞材料變形破壞的規(guī)律和機(jī)理展開(kāi),介紹了材料的彈性變形、塑性變形以及斷裂和損傷。這一部分旨在解釋材料各種力學(xué)行為的特點(diǎn)和機(jī)制,并探討相應(yīng)的影響因素,揭示材料力學(xué)性能的共性規(guī)律。第3篇為典型材料的力學(xué)性能特點(diǎn),第12~13章。該篇內(nèi)容主要分析了不同種類(lèi)材料的力學(xué)性能特點(diǎn),包括金屬材料、陶瓷材料、高分子材料、復(fù)合材料、巖土材料等。第3篇是前兩篇內(nèi)容的綜合應(yīng)用,并進(jìn)一步補(bǔ)充說(shuō)明了各種材料的一些個(gè)性規(guī)律。這種架構(gòu)體現(xiàn)了從現(xiàn)象到本質(zhì)、再到應(yīng)用的工程科學(xué)思想。
《材料力學(xué)性能》著力強(qiáng)調(diào)宏觀規(guī)律與微細(xì)觀機(jī)理的結(jié)合,注重各種力學(xué)性能指標(biāo)的測(cè)試方法和物理意義研究,對(duì)材料的變形和破壞規(guī)律進(jìn)行了科學(xué)的分類(lèi)和比較。
《材料力學(xué)性能》可作為材料科學(xué)與工程、工程力學(xué)、機(jī)械、采礦、化工等專(zhuān)業(yè)本科生的教材,也可作為相關(guān)專(zhuān)業(yè)研究生、教師、科研人員及工程技術(shù)人員的參考書(shū)。
人類(lèi)的文明史,就是一部人類(lèi)利用材料改造自然的歷史。人類(lèi)從最早只能利用石塊、樹(shù)枝,發(fā)展到冶煉并使用銅、鐵、鋼等各種金屬材料,20世紀(jì)初又出現(xiàn)并開(kāi)始使用塑料、橡膠等高分子材料。目前,人類(lèi)已經(jīng)可以制造并使用納米材料。綜觀歷史,充分研究并合理認(rèn)識(shí)材料的性能,對(duì)于更為有效地利用已有材料以及開(kāi)發(fā)新的材料都是大有裨益的。
材料力學(xué)性能是材料性能的一個(gè)重要方面,是對(duì)材料變形和破壞行為的表征。對(duì)材料力學(xué)性能的研究也是對(duì)材料所有性質(zhì)的研究中較為透徹和成熟的。因?yàn)椴还苁鞘鲿r(shí)代還是青銅器時(shí)代,人類(lèi)最初利用材料都是力學(xué)方面的應(yīng)用。發(fā)展至今,材料力學(xué)方面的應(yīng)用仍是最廣泛和最基礎(chǔ)的。不過(guò),對(duì)材料的力學(xué)研究比對(duì)材料力學(xué)方面的應(yīng)用要晚得多。最初,人們根據(jù)建筑和機(jī)械制造的要求去積累材料的宏觀力學(xué)性能,然后借此經(jīng)驗(yàn)去選材、設(shè)計(jì),這是相當(dāng)粗糙的,直至后來(lái)數(shù)學(xué)和物理學(xué)的發(fā)展,人類(lèi)才開(kāi)始定量研究材料的宏觀力學(xué)性能。如今,隨著物理學(xué)、化學(xué)的蓬勃發(fā)展,隨著材料科學(xué)、信息科學(xué)的日新月異,通過(guò)各種先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù),人類(lèi)對(duì)材料力學(xué)性能的研究也越來(lái)越深入,越來(lái)越完善。借助高性能計(jì)算機(jī),人類(lèi)可以迅速完成對(duì)某一復(fù)雜結(jié)構(gòu)的力學(xué)計(jì)算,優(yōu)選出合理的方案。借助各種電子顯微鏡,人類(lèi)可以了解材料力學(xué)行為的微細(xì)觀狀況,進(jìn)而揭示材料力學(xué)性能的內(nèi)在機(jī)理。
研究揭示材料變形破壞的力學(xué)行為特點(diǎn)和規(guī)律不僅是材料學(xué)和力學(xué)研究的重點(diǎn),也是諸多相關(guān)工程實(shí)踐中的一個(gè)基本科學(xué)問(wèn)題。材料的力學(xué)行為表征和控制是一個(gè)涉及材料學(xué)、力學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、冶金、機(jī)械、化工、測(cè)控、安全等諸多學(xué)科的交叉領(lǐng)域。各種工程技術(shù)的發(fā)展對(duì)材料的力學(xué)穩(wěn)定性和安全性提出了越來(lái)越高的要求,而現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)以及材料加工技術(shù)的發(fā)展也為材料滿足這些要求提供了保障。隨著科技的發(fā)展,材料力學(xué)性能的研究也不斷深入,從而得以更加科學(xué)合理地控制材料的變形破壞過(guò)程。
材料力學(xué)性能作為相關(guān)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課,在培養(yǎng)相關(guān)領(lǐng)域的科研人員和工程技術(shù)人員方面發(fā)揮著重要的作用。了解和掌握材料的力學(xué)行為規(guī)律和性能特點(diǎn),不僅是材料制備和加工的基礎(chǔ),也是合理開(kāi)展力學(xué)分析的基礎(chǔ)。隨著材料學(xué)的蓬勃發(fā)展,各種新材料層出不窮,既有材料的潛能也不斷得以提升。隨著力學(xué)的蓬勃發(fā)展,各種新理論不斷涌現(xiàn),既有理論的局限性也不斷得以修正。編者在多年的教學(xué)過(guò)程和科研過(guò)程中積累了一些心得體會(huì),深感這門(mén)課程涉及面極廣,不僅有許多經(jīng)典的概念和方法需要認(rèn)真學(xué)習(xí)掌握,也有不少新興的概念和方法值得了解和借鑒。盡管目前國(guó)內(nèi)外有許多相關(guān)的教材,其中不乏經(jīng)典傳世之作,也有一些新穎獨(dú)特的專(zhuān)著,這些都讓人受益匪淺。編者還是希望能將這十幾年的教學(xué)與科研體會(huì)整理出來(lái),通過(guò)本書(shū)與大家交流,希望能對(duì)學(xué)習(xí)和了解材料的力學(xué)性能特點(diǎn)有所幫助。
在本書(shū)的編撰過(guò)程中,編者力求既能涵蓋相關(guān)的基本知識(shí),又能體現(xiàn)一些最新知識(shí)。限于許多本科高校教學(xué)學(xué)時(shí)設(shè)置,為了便于學(xué)生自學(xué),本書(shū)盡可能對(duì)各個(gè)知識(shí)點(diǎn)給出詳盡解釋說(shuō)明,力圖做到淺顯易懂。
前言
緒論
第1篇 材料力學(xué)性能的試驗(yàn)評(píng)測(cè)
第1章 材料在單向靜拉伸下的力學(xué)性能測(cè)試
1.1 單向拉伸試樣及應(yīng)力場(chǎng)分析
1.2 拉伸曲線
1.3 拉伸性能指標(biāo)
1.4 拉伸斷口與斷裂方式
1.5 單向靜拉伸試驗(yàn)的特點(diǎn)
第2章 材料在其他靜載下的力學(xué)性能測(cè)試
2.1 加載方式與應(yīng)力狀態(tài)
2.2 單向壓縮
2.3 扭轉(zhuǎn)
2.4 彎曲
2.5 剪切
2.6 多向拉伸與壓縮
第3章 材料的硬度
3.1 硬度測(cè)量的特點(diǎn)
3.2 布氏硬度
3.3 洛氏硬度
3.4 維氏硬度
3.5 顯微硬度
3.6 肖氏硬度和里氏硬度
3.7 莫氏硬度
第4章 材料的振動(dòng)與疲勞
4.1 動(dòng)態(tài)力學(xué)分析
4.2 疲勞現(xiàn)象與特點(diǎn)
4.3 疲勞曲線
4.4 疲勞強(qiáng)度
4.5 循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變曲線
4.6 應(yīng)變疲勞曲線
4.7 高周疲勞和低周疲勞
第5章 材料的沖擊破壞
5.1 沖擊載荷的特點(diǎn)
5.2 材料的應(yīng)變率
5.3 沖擊試驗(yàn)與吸收能量
5.4 SHPB沖擊試驗(yàn)與應(yīng)力波分析
5.5 膨脹環(huán)試驗(yàn)
第6章 缺口試樣的力學(xué)性能
6.1 缺口效應(yīng)
6.2 應(yīng)力集中系數(shù)
6.3 缺口敏感性試驗(yàn)
6.4 斷裂韌度測(cè)定試驗(yàn)
6.5 疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)
第7章 材料在特殊環(huán)境下的力學(xué)性能
7.1 材料在高溫下的力學(xué)性能
7.2 材料的低溫脆性與韌脆轉(zhuǎn)變
7.3 材料的抗熱震性
7.4 環(huán)境介質(zhì)中的材料力學(xué)性能試驗(yàn)
第8章 材料的摩擦磨損
8.1 材料表面的性狀及檢測(cè)
8.2 材料表面的接觸和摩擦
8.3 材料的磨損試驗(yàn)
第2篇 材料力學(xué)行為的機(jī)理分析
第9章 彈性變形
9.2 廣義胡克定律
9.3 彈性模量
9.4 彈性不完善性
第10章 塑性變形
10.1 塑性變形的物理機(jī)制
10.2 單向拉壓下材料的塑性變形
10.3 塑性變形的影響
10.4 屈服強(qiáng)度
10.5 形變強(qiáng)化
第11章 斷裂和損傷
11.1 斷裂的基本特點(diǎn)
11.2 脆性斷裂
11.3 韌性斷裂
11.4 材料的韌脆轉(zhuǎn)變
11.5 斷裂強(qiáng)度
11.6 斷裂韌度
11.7 材料的損傷
第3篇 典型材料的力學(xué)性能特點(diǎn)
第12章 工程材料的力學(xué)性能
12.1 金屬材料的力學(xué)性能
12.2 陶瓷材料的力學(xué)性能
12.3 高分子材料的力學(xué)性能
12.4 復(fù)合材料的力學(xué)性能
第13章 巖土材料的力學(xué)性能
13.1 巖石的力學(xué)性能
13.2 土的力學(xué)性能
13.3 混凝土的力學(xué)性能
附錄
附錄A 一些常見(jiàn)的材料力學(xué)性能參數(shù)
附錄B 幾種常見(jiàn)的應(yīng)力集中情況
附錄C 相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)
附錄D 相關(guān)專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)及其符號(hào)
參考文獻(xiàn)