工程材料力学性能（第3版）

第3版前言

第2版前言

第1版前言

本书主要符号

第一章金属在单向静拉伸载荷下的

力学性能

第一节拉伸力伸长（延伸）曲线和

应力应变曲线

第二节弹性变形

一、弹性变形及其实质

二、胡克定律

三、弹性模量

四、弹性比功

五、滞弹性

六、包申格(Bauschinger)效应

第三节塑性变形

一、塑性变形方式及特点

二、屈服现象和屈服强度

三、影响屈服强度的因素

四、应变硬化(形变强化)

五、缩颈现象和抗拉强度

六、塑性

七、屈强比

八、静力韧度（强塑积）

第四节金属的断裂

一、断裂的类型

二、解理断裂

三、微孔聚集断裂

四、断裂强度

五、断裂理论的意义

思考题与习题

第二章金属在其他静载荷下的力学

性能

第一节应力状态软性系数

第二节压缩

一、压缩试验的特点

二、压缩试验

第三节弯曲

一、弯曲试验的特点

二、弯曲试验

第四节扭转

一、扭转试验的特点

二、扭转试验

第五节缺口试样静载荷试验

一、缺口效应

二、缺口试样静拉伸试验

三、缺口试样静弯曲试验

第六节硬度

一、金属硬度的意义及硬度试验

的特点

二、硬度试验

思考题与习题

第三章金属在冲击载荷下的力学

性能

第一节冲击载荷下金属变形

和断裂的特点

第二节冲击弯曲和冲击韧性

第三节低温脆性

一、低温脆性现象

二、韧脆转变温度

三、落锤试验和断裂分析图

第四节影响韧脆转变温度的冶金

因素

一、晶体结构

二、化学成分

三、显微组织

思考题与习题

第四章金属的断裂韧度

第一节线弹性条件下的金属断裂

韧度

一、裂纹扩展的基本形式

二、应力场强度因子KⅠ及断裂

韧度KⅠC

三、裂纹扩展能量释放率GⅠ及

断裂韧度GⅠC

第二节断裂韧度KⅠC的测试

一、试样的形状、尺寸及制备

二、测试方法

三、试验结果的处理

第三节影响断裂韧度KⅠC的因素

一、断裂韧度KⅠC与常规力学

性能指标之间的关系

二、影响断裂韧度KⅠC的因素

第四节断裂韧度在金属材料中的

应用举例

一、高压容器承载能力的计算

二、高压壳体的热处理工艺选

择

三、高强度钢容器水爆断裂失效

分析

四、大型转轴断裂分析

五、评定钢铁材料的韧脆性

第五节弹塑性条件下金属断裂韧度的

基本概念

一、J积分及断裂韧度JⅠC

二、裂纹尖端张开位移及断裂

韧度δc

思考题与习题

第五章金属的疲劳

第一节金属疲劳现象及特点

一、变动载荷和循环应力

二、疲劳现象及特点

三、疲劳宏观断口特征

第二节疲劳曲线及基本疲劳力学

性能

一、疲劳曲线和对称循环疲劳

极限

二、疲劳图和不对称循环疲劳

极限

三、抗疲劳过载能力

四、疲劳缺口敏感度

第三节疲劳裂纹扩展速率及疲劳

门槛值

一、疲劳裂纹扩展曲线

二、疲劳裂纹扩展速率

三、疲劳裂纹扩展寿命的估算

第四节疲劳过程及机理

一、疲劳裂纹萌生过程及机理

二、疲劳裂纹扩展过程及机理

第五节影响疲劳强度的主要

因素

一、表面状态的影响

二、残余应力及表面强化的

影响

三、材料成分及组织的影响

第六节常见疲劳断裂

一、低周疲劳

二、缺口机件疲劳寿命估算

三、低周冲击疲劳

四、热疲劳

第七节疲劳短裂纹扩展简介

思考题与习题

工程材料力学性能

目录

第六章金属的应力腐蚀和氢

脆断裂

第一节应力腐蚀

一、应力腐蚀现象及其产生

条件

二、应力腐蚀断裂机理及断口

形貌特征

三、应力腐蚀抗力指标

四、防止应力腐蚀的措施

第二节氢脆

一、氢在金属中的存在形式

二、氢脆类型及其特征

三、钢的氢致延滞断裂机理

四、氢致延滞断裂与应力腐蚀的

关系

五、防止氢脆的措施

思考题与习题

第七章金属磨损和接触疲劳

第一节磨损概念

一、磨损

二、耐磨性

第二节磨损模型

一、黏着磨损

二、磨粒磨损

三、冲蚀磨损

四、腐蚀磨损

五、微动磨损

第三节磨损试验方法

第四节金属接触疲劳

一、接触疲劳现象与接触应力

二、接触疲劳破坏机理

三、接触疲劳试验方法

四、影响接触疲劳寿命的因素

思考题与习题

第八章金属高温力学性能

第一节金属的蠕变现象

第二节蠕变变形与蠕变断裂

机理

一、蠕变变形机理

二、蠕变断裂机理

第三节金属高温力学性能指标及其

影响因素

一、蠕变极限

二、持久强度极限

三、剩余应力

四、影响金属高温力学性能的主要

因素

思考题与习题

第九章聚合物材料的力学

性能

第一节聚合物材料的结构

一、高分子链的近程结构——

构型

二、高分子链的远程结构——

构象

三、聚合物聚集态结构——晶态、

非晶态及取向

第二节线型非晶态聚合物的

变形

一、非晶态聚合物在玻璃态下的

变形

二、非晶态聚合物在高弹态下的

变形

三、非晶态聚合物在黏流态下的

变形

第三节结晶态聚合物的变形

第四节聚合物的黏弹性

一、静态黏弹性——蠕变与应力

松弛

二、动态黏弹性——滞后和

内耗

第五节聚合物的强度与断裂

一、强度与硬度

二、银纹与断裂过程

三、韧性与增韧

四、摩擦与磨损

第六节聚合物的疲劳强度

思考题与习题

第十章陶瓷材料的力学性能

第一节陶瓷材料的结构

一、陶瓷材料的组成与结合键

二、陶瓷材料的显微结构

第二节陶瓷材料的变形与断裂

一、陶瓷材料的弹性变形

二、陶瓷材料的塑性变形

三、陶瓷材料的断裂

第三节陶瓷材料的强度

一、弯曲强度

二、拉伸强度

三、压缩强度

第四节陶瓷材料的硬度与

耐磨性

一、陶瓷材料的硬度

二、陶瓷材料的耐磨性

第五节陶瓷材料的断裂韧度与

增韧

一、陶瓷材料的断裂韧度

二、陶瓷材料的增韧

第六节陶瓷材料的疲劳

一、陶瓷材料的疲劳类型

二、陶瓷材料疲劳特性评价

第七节陶瓷材料的抗热震性

一、抗热震断裂

二、抗热震损伤

思考题与习题

第十一章复合材料的力学性能

第一节复合材料的定义和性能

特点

一、复合材料的定义和分类

二、复合材料的性能特点

第二节单向复合材料的力学

性能

一、单向复合材料的弹性性能

二、单向复合材料的强度

第三节短纤维复合材料的力学

性能

一、基体与纤维间的应力传递

二、短纤维复合材料的弹性

模量

三、短纤维复合材料的强度

第四节复合材料的断裂、冲击和

疲劳

一、复合材料的断裂

二、复合材料的韧性

三、复合材料的冲击性能

四、复合材料的疲劳性能

思考题与习题

附录

附录A与本书内容有关的材料

力学性能试验方法

标准及其适用范围

附录BΦ2值表

附录C表面裂纹修正因子

附录D金属材料室温拉伸试验方法

国家标准力学性能指标

名称和符号对照

附录E不同条件下的试验力（GB/T

231 1—2009《金属材料布

氏硬度试验第1部分：

试验方法》

参考文献 2100433B

本书主要介绍工程材料在各种载荷作用及服役条件下的力学性能。全书共11章，有关金属材料力学性能的内容分设8章，是全书的基础；聚合物材料力学性能、陶瓷材料力学性能、复合材料力学性能各立1章。

书中分别阐述了工程材料在静载荷、冲击载荷和交变载荷及兼有环境介质作用下的力学性能，以及抗断裂、耐磨损等性能。全书努力做到：宏观规律与微观机理相结合，以阐述宏观规律为主；加强力学性能指标物理意义与工程应用的介绍，促进理论联系实际。

本书可作为高等工科院校材料科学与工程类专业本科生教材，也可供有关专业的大学生及工程技术人员参考。

作/译者：束德林出版社：机械工业出版社

出版日期：2008年01月

ISBN：9787111120377 [十位:711112037X]

页数：240 重约：0.395KG

定价：￥25.00

工程材料力学性能内容提要

本书主要介绍工程材料在各种载荷作用及服役条件下的力学性能。全书共十一章,有关金属材料力学性能的内容分设八章,是全书的基础;聚合物材料力学性能、陶瓷材料力学性能、复合材料力学性能各立一章。书中分别阐述了工程材料在静载荷、冲击载荷和交变载荷及兼有环境质作用下的力学性能,以及抗断裂、耐磨损等性能。全书注意努力做到:宏观规律与微观机理相结合,以阐述宏观规律为主;加强力学性能指标物理意义与工程应用的介绍,促进理论联系实际。

本书可作为高等工科院校材料科学与工程类专业本科生教材,也可供有关专业的大学生及工程技术人员参考。

工程材料力学性能图书目录

第2版前言

第1版前言

本书主要符号

第一章 金属在单向静拉伸载荷下的力学性能

第一节 拉伸力-伸长曲线和应力-应变曲线

第二节 弹性变形

一、弹性变形及其实质

二、胡克定律

三、弹性模量

四、弹性比功

五、滞弹性

六、包申格(Bauschinger)效应

第三节 塑性变形

一、塑性变形方式及特点

二、屈服现象和屈服点(屈服强度)

三、影响屈服强度的因素

四、应变硬化(形变强化)

五、缩颈现象和抗拉强度

六、塑性

七、静力韧度

第四节 金属的断裂

一、断裂的类型

二、解理断裂

三、微孔聚集断裂

四、断裂强度

五、断裂理论的意义

思考题与习题

参考文献

第二章 金属在其他静载荷下的力学性能

第一节 应力状态软性系数

第二节 压缩

一、压缩试验的特点

二、压缩试验

第三节 弯曲

一、弯曲试验的特点

二、弯曲试验

第四节 扭转

一、扭转试验的特点

二、扭转试验

第五节 缺口试样静载荷试验

一、缺口效应

二、缺口试样静拉伸试验

三、缺口试样静弯曲试验

第六节 硬度

一、金属硬度的意义及硬度试验的特点

二、硬度试验

思考题与习题

参考文献

第三章 金属在冲击载荷下的力学性能

第一节 冲击载荷下金属变形和断裂的特点

第二节 冲击弯曲和冲击韧性

第三节 低温脆性

一、低温脆性现象

二、韧脆转变温度

三、落锤试验和断裂分析图

第四节 影响韧脆转变温度的冶金因素

一、晶体结构

二、化学成分

三、显微组织

思考题与习题

参考文献

第四章 金属的断裂韧度

第一节 线弹性条件下的金属断裂韧度

一、裂纹扩展的基本形式

二、应力场强度因子KI及断裂韧度KIc

三、裂纹扩展能量释放率GI及断裂韧度GIc

第二节 断裂韧度KIc的测试

一、试样的形状、尺寸及制备

二、测试方法

三、试验结果的处理

第三节 影响断裂韧度KIc的因素

一、断裂韧度KIc与常规力学性能指标之间的关系

二、影响断裂韧度KIc的因素

第四节 断裂韧度在金属材料中的应用举例

一、高压容器承载能力的计算

二、高压壳体的热处理工艺选择

三、高强钢容器水爆断裂失效分析

四、大型转轴断裂分析

五、评定钢铁材料的韧脆性

第五节 弹塑性条件下金属断裂韧度的基本概念

一、J积分及断裂韧度JIc

二、裂纹尖端张开位移及断裂韧度б

思考题与习题

参考文献

第五章 金属的疲劳

第一节 金属疲劳现象及特点

一、变动载荷和循环应力

二、疲劳现象及特点

三、疲劳宏观断口特征

第二节 疲劳曲线及基本疲劳力学性能

一、疲劳曲线和对称循环疲劳极限

二、疲劳图和不对称循环疲劳极限

三、抗疲劳过载能力

四、疲劳缺口敏感度

第三节 疲劳裂纹扩展速率及疲劳门槛值

一、疲劳裂纹扩展曲线

二、疲劳裂纹扩展速率

三、疲劳裂纹扩展寿命的估算

第四节 疲劳过程及机理

一、疲劳裂纹萌生过程及机理

二、疲劳裂纹扩展过程及机理

第五节 影响疲劳强度的主要因素

一、表面状态的影响

二、残余应力及表面强化的影响

三、材料成分及组织的影响

第六节 低周疲劳

一、低周疲劳

二、缺口机件疲劳寿命估算

三、低周冲击疲劳

四、热疲劳

思考题与习题

参考文献

第六章 金属的应力腐蚀和氢脆断裂

第一节 应力腐蚀

一、应力腐蚀现象及其产生条件

二、应力腐蚀断裂机理及断口形貌特征

三、应力腐蚀抗力指标

四、防止应力腐蚀的措施

第二节 氢脆

一、氢在金属中的存在形式

二、氢脆类型及其特征

三、钢的氢致延滞断裂机理

四、氢致延滞断裂与应力腐蚀的关系

五、防止氢脆的措施

思考题与习题

参考文献

第七章 金属磨损和接触疲劳

第一节 磨损概念

一、磨损

二、耐磨性

第二节 磨损模型

一、粘着磨损

二、磨粒磨损

三、冲蚀磨损

四、腐蚀磨损

五、微动磨损

第三节 磨损试验方法

第四节 金属接触疲劳

一、接触疲劳现象与接触应力

二、接触疲劳破坏机理

三、接触疲劳试验方法

四、影响接触疲劳寿命的因素

思考题与习题

参考文献

第八章 金属高温力学性能

第一节 金属的蠕变现象

第二节 蠕变变形与蠕变断裂机理

一、蠕变变形机理

二、蠕变断裂机理

第三节 金属高温力学性能指标及其影响因素

一、蠕变极限

二、持久强度极限

三、剩余应力

四、影响金属高温力学性能的主要因素

思考题与习题

参考文献

第九章 聚合物材料的力学性能

第一节 聚合物材料的结构

一、高分子链的近程结构——构型

二、高分子链的远程结构——构象

三、聚合物聚集态结构——晶态、非晶态及取向

第二节 线型非晶态聚合物的变形

一、非晶态聚合物在玻璃态下的变形

二、非晶态聚合物在高弹态下的变形

三、非晶态聚合物在粘流态下的变形

第三节 结晶态聚合物的变形

第四节 聚合物的粘弹性

一、静态粘弹性——蠕变与应力松弛

二、动态粘弹性——滞后和内耗

第五节 聚合物的强度与断裂

一、强度与硬度

二、银纹与断裂过程

三、韧性与增韧

四、摩擦与磨损

第六节 聚合物的疲劳强度

思考题与习题

参考文献

第十章 陶瓷材料的力学性能

第一节 陶瓷材料的结构

一、陶瓷材料的组成与结合键

二、陶瓷材料的显微结构

第二节 陶瓷材料的变形与断裂

一、陶瓷材料的弹性变形

二、陶瓷材料的塑性变形

三、陶瓷材料的断裂

第三节 陶瓷材料的强度

一、抗弯强度

二、抗拉强度

三、抗压强度

第四节 陶瓷材料的硬度与耐磨性

一、陶瓷材料的硬度

二、陶瓷材料的耐磨性

第五节 陶瓷材料的断裂韧度与增韧

一、陶瓷材料的断裂韧度

二、陶瓷材料的增韧

第六节 陶瓷材料的疲劳

一、陶瓷材料的疲劳类型

二、陶瓷材料疲劳特性评价

第七节 陶瓷材料的抗热震性

一、抗热震断裂

二、抗热震损伤

思考题与习题

参考文献

第十一章 复合材料的力学性能

第一节 复合材料的定义和性能特点

一、复合材料的定义和分类

二、复合材料的性能特点

第二节 单向复合材料的力学性能

一、单向复合材料的弹性性能

二、单向复合材料的强度

第三节 短纤维复合材料的力学性能

一、基体与纤维间的应力传递

二、短纤维复合材料的弹性模量

三、短纤维复合材料的强度

第四节 复合材料的断裂、冲击和疲劳

一、复合材料的断裂

二、复合材料的韧性

三、复合材料的冲击性能

四、复合材料的疲劳性能

思考题与习题

参考文献

附录

附录A 与本书内容有关的材料力学性能试验方法国家标准及其适用范围

附录B 与本书内容有关的部分国外标准编号和名称

附录C ф2值表

附录D 表面裂纹修正因子

附录E 力学性能指标名称和符号对照(GB/T 228—2002《金属材料室温拉伸试验方法》)

附录F 不同条件下的试验力(GB/T 231.1—2002《金属布氏硬度试验 第1部分:试验方法》)2100433B

本书第2版自2008年问世至今已经走过6个年头，承蒙很多高校材料力学教学第一线的老师和同学以及业余读者的关爱和支持，已经连续印刷了10次。 2012年获得清华大学优秀教材特等奖；同年，相应的教学成果获得北京市高等学校优秀教学成果一等奖。2012年本书第3版被列入 “十二五”普通高等教育本科国家级规划教材；2013年被批准为清华大学“985”三期名优教材建设项目立项。

最近的6年里，著者秉承不断提高课程重量、着力培养学生创新思维能力的教育与教学理念，先后在清华大学、南京航空航天大学、北京工业大学以及北京邮电大学从事“材料力学”研究型教学的研究与实践，坚持全过程讲授这门课程，授课对象每年约200名。在同事和同学们的支持与帮助下，对于教育和教学改革又有了一些新的体会和收获。材料力学（第3版）将着重反映6年来我们在研究型教学方面所取得的成果。主要有: 怎样在基于普遍提高教学质量的基础上，培养学生的创新思维能力；怎样提高课程的吸引力，增强课程教学的学术性；怎样挖掘基本教学内容的深度；怎样对传统内容中的某些概念、理论和方法加以改革和更新，突出挑战性。基于此，本书第3版修订的主要内容有以下几方面。

第一，调整了部分章节，将材料的力学性能从“第2章 轴向载荷作用下杆件的材料力学问题”中独立出来，形成“第3章 常温静载下材料的力学性能”； 重写了“剪力图与弯矩图”作为第6章；将原来的第6章分为3章: “第7章 平面弯曲正应力分析与强度设计”和“第8章 弯曲剪应力分析与弯曲中心的概念”以及“第9章 斜弯曲、弯曲与拉伸或压缩同时作用时的应力计算与强度设计”；将原来的第8章分为: “ 应力状态与应变状态分析”和“一般应力状态下的强度设计准则及其工程应用”，分别列为第11章和12章；将原来的12章也分为两章: “动载荷与动应力概述”和“疲劳强度与构件寿命估算概述”，分别列为第16章和第17章。

第二，增加了部分教学内容，主要有: 部分非金属材料的力学性能；梁的位移叠加法中的逐段刚化法；应变分析；细长压杆实验结果；线性累积损伤与疲劳寿命估算等。

第三，将力系简化的方法引入横截面的内力分析，改革传统剪力图与弯矩图的画法。

第四，正确处理变形与位移概念的联系与区别，将确定梁的转角和挠度的章节名改为“梁的位移分析与刚度设计”。

第五，在部分章节引入“反问题”: 相对于正问题，反问题的解答不是唯一的，通过对于反问题的思考，一方面可以加深对于正问题的理解；另一方面可以激励创新思维。

第六，在部分章节设计了“开放式思维案例”作为学生课外学习和研究的资源。最近几年的教学实践表明，这对于刺激思维鼓励创新是一种有效的措施。材料力学（第3版）第七，增加了若干工程案例以及灾难性工程事故的力学解析。

第八，增加和改变了部分例题和习题。

随着课程研究型教学在更多高校开展、深入和发展，材料力学的课程教学以及教材建设还会遇到一些新问题，我们将一如既往地坚持“在教学中研究，在研究中教学”，以不断提高人才培养质量为己任，在教学实践的基础上，不断提高材料力学教材的质量。

这一版的初稿于2012年下半年—2013年上半年在国内完成；2013年7—8月在加拿大多伦多定稿。定稿期间，得到旅加的赵渊先生和范心明女士的大力支持和协助，在本书出版之际，著者谨表诚挚谢意。

诚挚地感谢广大读者对本书的关爱，希望大家对本书的缺点和不足提出宝贵意见。

范钦珊2014.1.11

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《建筑CAD（第3版）》数字课程的数字化资源为教材配套图纸CAD文件、工程案例、拓展模块等。

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