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第1篇 基础研究方法篇2

第1章 绪论2

1.1 高技术与现代固体材料2

1.2 现代固体材料的分类4

1.3 固体材料的力学行为概述4

1.4 材料力学行为的研究与应用5

1.4.1 弹性变形5

1.4.2 塑性变形9

1.4.3 断裂行为9

1.4.4 疲劳行为10

1.4.5 蠕变行为12

参考文献13

第2章 单向拉伸压缩试验与分析14

2.1 引言14

2.1.1 弹性阶段18

2.1.2 屈服阶段21

2.1.3 强化阶段25

2.1.4 颈缩阶段26

2.2 金属材料拉伸现象的细微观解释27

2.2.1 金属材料的弹性27

2.2.2 金属材料的屈服28

2.2.3 金属材料的应变强化29

2.2.4 材料颈缩阶段出现断裂29

2.3 弹性破坏与断裂准则30

2.4 应力集中和缺口效应对材料断裂的影响32

2.4.1 缺口应力集中系数或强度降低系数33

2.4.2 加载速率或应变速率对材料力学性能的影响34

2.4.3 拉伸试验的步骤34

2.5 特殊试样的拉伸压缩试验方法与分析35

2.6 断口分析40

参考文献42

第3章 残余应力检测与分析43

3.1 引言43

3.2 残余应力的测量方法44

3.2.1 物理式残余应力测试方法44

3.2.2 机械式残余应力测试方法44

3.3 机械式平面残余应力测试方法45

3.3.1 小孔释放法基本原理45

3.3.2 反向加载的载荷计算45

3.3.3 用应变花测量残余主应力及方向46

3.4 机械式三维残余应力的测试与分析方法49

3.4.1 应用广义胡克定律的测量方法50

3.4.2 应用三维静力平衡方程式的测量方法51

3.5 磁测残余应力方法53

3.5.1 磁测技术分类54

3.5.2 巴克豪生效应在无损检测与评估中的应用54

3.5.3 影响磁测残余应力的主要因素58

3.5.4 四极磁探头的磁测残余应力模型61

3.6 磁测残余应力试验分析63

3.7 磁测残余应力的应用实例63

3.7.1 宝山钢铁厂新型钢材焊接残余应力检测63

3.7.2 扬子石化压力容器焊缝附近残余应力检测66

参考文献74

第4章 小尺度下力学行为SEM原位试验与分析77

4.1 引言77

4.2 SEM原位力学行为试验的工作原理与特点78

4.2.1 扫描电子显微镜的工作原理与特点78

4.2.2 试样加热、加载下的SEM原位试验85

4.3 SEM原位力学行为试验用试样制备技术88

4.4 SEM原位扫描图片景深比较91

参考文献92

第5章 疲劳试验基本概念与方法94

5.1 引言94

5.2 疲劳试验方法简介97

5.3 疲劳的基本概念98

5.4 疲劳裂纹扩展速率的评价方法109

5.4.1 疲劳裂纹扩展的线弹性破坏力学109

5.4.2 疲劳裂纹扩展的弹塑性破坏力学111

5.5 一种简单疲劳寿命预测方法116

5.6 特殊条件下的疲劳行为122

5.6.1 接触疲劳122

5.6.2 微动疲劳123

5.6.3 多轴疲劳124

5.6.4 疲劳寿命的表征125

5.6.5 聚合物材料的疲劳问题125

参考文献126

第2篇 专题研究应用篇132

第6章 “三明治”复合结构材料的力学行为试验研究132

6.1 引言132

6.1.1 国内外对夹层板的研究简述132

6.1.2 夹层板的理论设计基础135

6.2 “三明治”复合结构材料的制备工艺特点140

6.3 “三明治”复合结构材料的力学行为试验与分析141

6.3.1 拉伸试验结果与分析141

6.3.2 U3Si2-Al复合燃料板三点弯曲试验与分析145

6.3.3 U3Si2-Al复合燃料板疲劳试验结果与分析147

6.4 “三明治”复合结构核材料界面附近变形的数字散斑分析方法150

6.4.1 DSCM对SEM图片的适应性实验151

6.4.2 刚体位移实验154

6.4.3 SEM原位弯曲载荷对应的图像序列156

6.5 复合材料层压板疲劳寿命简便估计方法159

参考文献161

第7章 超高强度钢的微观力学行为SEM原位试验与分析162

7.1 引言162

7.1.1 超高强度钢的力学性能特点162

7.1.2 超高强度钢的应用163

7.1.3 超高强度钢总体发展趋势163

7.1.4 含夹杂物的超高强度钢微观破坏机制研究的意义164

7.1.5 夹杂物附近疲劳裂纹萌生方式165

7.2 超高强度钢的一般制备工艺166

7.2.1 金属的强化手段166

7.2.2 本实验研究中所用的超高强度钢167

7.3 含夹杂物的超高强度钢的SEM原位静态拉伸试验与分析168

7.3.1 实验设备与试样制备168

7.3.2 SEM原位静态拉伸试验结果与分析169

7.4 含夹杂物的超高强度钢的SEM原位疲劳试验与分析171

7.5 夹杂物形状、大小对裂纹萌生与扩展的影响分析173

7.5.1 夹杂物形状对裂纹萌生与扩展的影响173

7.5.2 夹杂物形状对裂纹萌生位置的影响174

7.5.3 夹杂物大小的影响176

7.5.4 压痕标记对裂纹扩展的影响177

7.6 含夹杂物的超高强度钢的应力应变场有限元模拟分析180

7.6.1 疲劳微裂纹萌生的两个模型：棘轮效应与Shake-Down模型180

7.6.2 硬质夹杂周围应力场的有限元分析181

参考文献187

第8章 镁铝合金微观力学行为试验研究190

8.1 引言190

8.1.1 镁及镁铝合金的性能特点190

8.1.2 镁铝合金的工业应用191

8.1.3 镁铝合金的发展方向193

8.1.4 镁铝合金的研究现状194

8.2 铸造镁铝合金疲劳裂纹萌生与扩展行为研究195

8.2.1 材料与试验方法195

8.2.2 疲劳小裂纹萌生规律196

8.2.3 疲劳小裂纹扩展特征198

8.2.4 疲劳裂纹扩展速率的评价方法200

8.3 高温下的镁铝合金疲劳行为研究204

8.3.1 高温条件下铸造AM50合金的疲劳裂纹扩展速率表征204

8.3.2 影响铸造AM50合金高温疲劳裂纹扩展速率的变化机理205

8.4 Ca/Sr添加对铸造镁铝合金的力学行为影响207

8.4.1 Ca/Sr添加对AZ91D合金的组织及力学性能的影响207

8.4.2 Ca/Sr添加镁铝合金的原位拉伸试验研究与分析209

8.5 缺口对铸造镁铝合金的力学行为影响讨论220

8.5.1 应力集中的影响220

8.5.2 有限元模拟分析222

参考文献231

第9章 导电高分子薄膜力学行为试验研究235

9.1 引言235

9.2 导电高分子薄膜制备工艺与力学240

9.2.1 导电高分子制备过程240

9.2.2 导电高分子薄膜沉积机理与分析240

9.3 导电高分子薄膜力学行为试验与分析252

9.3.1 实验方法及装置简介252

9.3.2 导电聚噻吩薄膜材料试验结果与讨论254

9.3.3 导电聚吡咯薄膜的强度参数检测及比较257

9.4 导电高分子薄膜显微结构与力学行为间的关系259

9.5 断口分析与聚吡咯薄膜微结构分析261

9.6 热-力学参数对薄膜力学行为的影响266

参考文献268

第10章 膜-基结构力学行为SEM原位检测与模型化270

10.1 引言270

10.1.1 常见MEMS/ULSI中薄膜材料简介273

10.1.2 薄膜材料-基体的失效模式274

10.2 磁控溅射薄膜的相关实验方法278

10.2.1 磁控溅射薄膜的制备278

10.2.2 薄膜内应力分析280

10.2.3 膜-基结合强度的确定方法283

10.3 弹性各向异性对薄膜表面稳定性的影响290

10.3.1 薄膜系统的线性摄动分析292

10.3.2 薄膜-基体结构中应力分布的讨论293

10.3.3 摄动张量～σf的Airy应力函数的表达294

10.3.4 薄膜中的摄动应力分布295

10.3.5 薄膜-基体结构的总能量确定方法297

10.3.6 薄膜表面摄动的临界波长和最佳波长298

10.3.7 薄膜的弹性各向异性的影响300

10.4 膜-基结构SEM原位试验与失效分析303

10.4.1 膜-基结构的失效模式概述303

10.4.2 膜-基结构的三点弯曲时SEM原位失效行为试验及模型化307

10.4.3 单层膜-基结构中失效应力的评价313

10.4.4 膜-基结构的四点弯曲失效315

参考文献321

第11章 电子器件SMT焊点结构的高周疲劳失效行为研究327

11.1 引言327

11.2 电子封装研究的必要性和复杂性328

11.3 拉-拉疲劳载荷下焊点结构疲劳失效行为SEM原位研究333

11.4 对四点弯曲疲劳载荷下焊点疲劳失效行为的SEM原位观测研究344

11.5 对SMT焊点结构响应的有限元分析347

11.5.1 SnPb块体材料的本构方程348

11.5.2 SMT焊点结构有限元模型的建立350

11.5.3 基板受不同静拉伸载荷作用时的有限元计算352

11.5.4 基板受疲劳载荷作用时的有限元计算354

11.5.5 基板在四点弯曲载荷作用下的有限元模拟计算356

11.6 焊点结构的应力-应变响应359

11.6.1 拉伸（疲劳）载荷作用下的应力-应变响应359

11.6.2 四点弯曲载荷作用下的应力-应变响应363

11.7 SMT焊点结构的失效评估和寿命预测364

11.7.1 疲劳裂纹扩展速率表征364

11.7.2 疲劳寿命模型与预测367

参考文献374

第12章 生物材料微结构与力学行为检测377

12.1 引言377

12.2 典型案例一：蜻蜓翅膀微结构对其飞行力学性能影响的初探377

12.3 典型案例二：猴头牵引试验与分析388

12.4 典型案例三：扩弓试验与分析396

12.5 典型案例四：苍蝇小腿微结构与仿生分析401

12.6 典型案例五：“爬墙虎”植物微结构与吸附机理403

参考文献405

附录A 试验研究报告写作范例406

附录B 研究性论文写作范例411

参考文献417

附录C 中英文名词对照418