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1前言：材料——历史和特性1

1.1材料、加工和选择2

1.2材料的性能4

1.3设计极限参数9

1.4概括与总结10

1.5延伸阅读10

1.6练习10

2族谱：材料及加工的分类13

2.1简介与大纲14

2.2材料的分类：材料族谱14

2.3加工的分类：加工族谱18

2.4加工与性能的相互作用21

2.5材料的性能图表22

2.6材料和加工的计算机辅助信息管理24

2.7概括与总结25

2.8延伸阅读26

2.9练习26

2.10基于CES（Cambridge Engineering Selector，剑桥工程选择器）的设计研究28

2.11基于CES元素数据库的理论探索28

3战略思维：材料匹配于设计29

3.1简介与大纲30

3.2设计过程30

3.3设计需要的材料和工艺信息34

3.4策略：分解、筛选、排列及文献研究36

3.5分解举例39

3.6概括与总结43

3.7延伸阅读43

3.8练习44

3.9基于CES设计研究46

4刚度和重量：密度和弹性模数47

4.1简介与大纲48

4.2密度、应力、应变和模数48

4.3重点图示：材料性能图表56

4.4理论知识：什么决定密度和刚度？58

4.5模数和密度的控制69

4.6概括与总结73

4.7延伸阅读74

4.8练习74

4.9基于CES的设计研究77

4.10基于CES元素数据库的理论探索78

5弯曲、下垂、摆动：限定刚度的设计81

5.1简介与大纲82

5.2弹性问题的标准解法82

5.3弹性设计中的材料参数89

5.4限定条件和参数图示95

5.5案例研究99

5.6概括与总结106

5.7延伸阅读107

5.8练习109

5.9基于CES的设计研究109

5.10基于CES元素数据库的理论探索111

6弹性以外：塑性、屈服和延展性112

6.1简介与大纲112

6.2强度、塑性功和延展性：定义和度量116

6.3重点图示：屈服强度图表118

6.4深入研究：强度和延展性的本质127

6.5强度控制135

6.6概括与总结136

6.7延伸阅读137

6.8练习138

6.9基于CES的设计研究138

6.10基于CES元素数据库的理论探索141

7弯曲和压溃：强度设计142

7.1简介与大纲142

7.2塑性问题的标准解法149

7.3限定塑性设计中的材料参数154

7.4案例研究158

7.5概括与总结159

7.6延伸阅读159

7.7练习161

7.8基于CES的设计研究163

8断裂与断裂韧性164

8.1简介与大纲164

8.2强度和韧性166

8.3断裂力学172

8.4韧性的材料性能图表174

8.5深入研究：韧性的本质178

8.6性能控制：强度与韧性的协调181

8.7概括与总结181

8.8延伸阅读182

8.9练习182

8.10基于CES的设计研究183

8.11基于CES元素数据库的理论探索183

9抖动、颤动和波动：循环载荷、破坏和失效185

9.1简介与大纲186

9.2振动和共振：阻尼系数186

9.3疲劳186

9.4疲劳强度图表187

9.5深入研究：阻尼和疲劳的本质194

9.6抗疲劳能力的控制195

9.7概括与总结196

9.8延伸阅读198

9.9练习199

9.10基于CES的设计研究199

10保持完整：限制断裂的设计202

10.1简介与大纲203

10.2断裂问题的标准解法204

10.3断裂安全设计中的材料参数204

10.4案例研究205

10.5概括与总结209

10.6延伸阅读220

10.7练习221

10.8基于CES的设计研究221

11摩擦、滑动和粘着：摩擦和磨损224

11.1简介与大纲227

11.2摩擦学特性228

11.3摩擦和磨损图表228

11.4摩擦和磨损的物理学229

11.5设计和选择：控制摩擦和磨损的材料231

11.6概括与总结235

11.7延伸阅读240

11.8练习241

11.9基于CES的探索设计243

12激活的原子：材料和热245

12.1简介与大纲246

12.2热特性：定义和度量246

12.3重点图示：热特性图表249

12.4深入研究：热特性的物理学251

12.5热特性的控制257

12.6利用热特性的设计258

12.7概括与总结268

12.8延伸阅读269

12.9练习270

12.10基于CES的设计研究271

12.11基于CES元素数据库的理论探索272

13持续高温：高温下的材料使用275

13.1简介与大纲276

13.2温度对材料性能的影响276

13.3蠕变行为图表281

13.4理论知识：扩散和蔓延传导284

13.5抗蠕变材料293

13.6应对蠕变的设计296

13.7概括与总结304

13.8延伸阅读305

13.9练习305

13.10基于CES的设计研究308

13.11基于CES元素数据库的理论探索308

14导体、绝缘体和电介质311

14.1简介与大纲312

14.2导体、绝缘体和电介质313

14.3电学性能图表317

14.4深入研究：电学性能的本质和控制320

14.5设计：材料电学性能的利用331

14.6概括与总结338

14.7延伸阅读338

14.8练习339

14.9基于CES的设计研究341

14.10基于CES元素数据库的理论探索343

15磁性材料345

15.1简介与大纲346

15.2磁特性：定义与度量346

15.3磁特性图表351

15.4深入研究：磁特性物理学及其控制353

15.5磁学设计中的材料选择358

15.6概括与总结363

15.7延伸阅读363

15.8练习364

15.9基于CES的设计研究365

15.10基于CES元素数据库的理论探索366

16光学装置用材料367

16.1简介与大纲368

16.2材料相互作用及幅射368

16.3光学性能图表373

16.4深入研究：光学特性物理学及其控制375

16.5光学设计381

16.6概括与总结382

16.7延伸阅读383

16.8练习383

16.9基于CES的设计研究384

16.10基于CES元素数据库的理论探索385

17耐用性：氧化、腐蚀和退化387

17.1简介与大纲388

17.2氧化、可燃性和光致退化388

17.3氧化机理390

17.4抗氧化材料制备392

17.5腐蚀：酸、碱、水和有机溶剂395

17.6深入研究：腐蚀机理396

17.7对抗腐蚀401

17.8概括与总结404

17.9延伸阅读405

17.10练习405

17.11基于CES的设计研究406

17.12基于CES元素数据库的理论探索407

18加热、锻造、联接和抛光：制造工艺409

18.1简介与大纲410

18.2设计中的工艺选择410

18.3工艺特性：材料的适应性413

18.4成型过程：特性与本质414

18.5联接工艺：特性与本质423

18.6表面处理（精加工）工艺：特性与本质426

18.7成型工艺的成本估算427

18.8计算机辅助工艺选择432

18.9案例研究434

18.10概括与总结443

18.11延伸阅读444

18.12练习445

18.13基于CES的设计研究446

18.14基于CES元素数据库的理论探索447

19遵循处方：处理和性能449

19.1简介与大纲450

19.2材料的微观结构450

19.3加工过程中微观结构的演变454

19.4性能加工462

19.5实例研究464

19.6混合材料制备472

19.7概括与总结474

19.8延伸阅读475

19.9练习476

19.10基于CES的设计研究477

20材料、加工和环境479

20.1简介与大纲480

20.2材料消费及其增长480

20.3材料的生命周期和评估标准483

20.4定义和度量：材料内能（能耗）、加工能耗和生命结束时的潜能484

20.5材料内能图表490

20.6设计：生态设计的材料选择493

20.7概括与总结497

20.8附录：一些有用的数据498

20.9延伸阅读498

20.10练习499

20.11基于CES的探索设计501

索引503