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1 总论1

1.1 MMC的种类及其微观组织的一般特征1

1.2 历史背景3

1.3 组分间的交互作用及载荷传递6

参考文献10

2 基础复合材料力学11

2.1 层板模型11

2.1.1 轴向刚度11

2.1.2 横向刚度13

2.1.3 切变模量14

2.1.4 泊桑收缩16

2.2 切变延滞模型18

2.2.1 应力与应变分布18

2.2.2 跨过纤维端部的正应力传递22

2.2.3 复合材料力学23

2.2.4 非弹性行为的开始26

2.3 连续同轴柱体模型28

2.4 有限差分与有限元模型31

2.4.1 数学基础32

2.4.2 建立网格33

2.4.3 模型单元的镶嵌36

参考文献38

3 模拟复合材料的Eshelby方法41

3.1 错配应力42

3.2 错配应变的一个例子——不均匀的热收缩45

3.3 受载复合材料中的内应力48

3.4 基体的应力场51

3.5 非稀薄系统的模拟54

3.6 复合材料的刚度58

3.6.1 杨氏模量的实验值59

3.6.2 粒子系统61

3.6.3 晶须体系61

3.7 Eshelby方程的简单描述63

3.7.1 球粒子体系的弹性性质63

参考文献65

4 塑性变形67

4.1 屈服开始：内应力影响69

4.1.1 基体流变的屈服判据70

4.1.2 不均匀热收缩应力72

4.2 屈服的开始：基体显微组织的影响79

4.2.1 位错强化79

4.2.2 晶粒细化强化80

4.2.3 Orowan及弥散强化81

4.3 宏观塑性流变的模拟82

4.3.1 内应力加工硬化的潜力82

4.3.2 显微组织的加工硬化87

4.4 内应力松弛89

4.4.1 能量最小化：松弛的驱动力89

4.4.2 松弛的微观机制91

4.5 内应力加工硬化的减小97

4.6 长纤维及短纤维体系塑性变形的衍射研究101

4.6.1 长纤维复合材料101

4.6.2 短纤维复合材料103

参考文献106

5 热的作用和高温性能111

5.1 热应力和热应变111

5.1.1 不均匀热收缩应力111

5.1.2 热膨胀113

5.2 等温蠕变117

5.2.1 金属的蠕变机制和应变速率的表达式117

5.2.2 弥散强化金属的蠕变121

5.2.3 MMC的蠕变123

5.3 热循环蠕变134

5.3.1 热循环134

5.3.2 加载热循环139

5.3.3 预热循环对性能的影响148

参考文献149

6 界面区域158

6.1 界面粘结强度的重要性158

6.1.1 界面应力和非弹性过程159

6.1.2 临界应力值160

6.1.3 界面断裂韧性161

6.1.4 复合材料的性能162

6.2 粘结强度的特征169

6.2.1 单纤维加载试验171

6.2.2 其它实验177

6.3 界面化学180

6.3.1 界面反应的热力学和动力学180

6.3.2 反应对力学行为的影响184

6.3.3 反应的转变应变效应188

6.4 纤维覆盖层191

6.4.1 覆盖技术191

6.4.2 扩散障碍覆盖层192

6.4.3 促进浸润覆盖层194

6.4.4 覆盖层的力学194

参考文献196

7 断裂过程和失效机制206

7.1 长纤维MMC中的失效过程206

7.1.1 层片的失效206

7.1.2 非轴向加载213

7.1.3 层叠板的失效215

7.2 不连续MMC的失效过程218

7.2.1 显微损伤过程218

7.2.2 损伤发展和复合物塑性的模型化221

7.2.3 损伤发展及塑性的实验资料227

7.3 MMC的断裂韧性和疲劳裂纹长大227

7.3.1 断裂韧性简介229

7.3.2 MMC韧性的模型化232

7.3.3 MMC的疲劳和亚临界裂纹长大237

7.4 微结构变化的影响242

7.4.1 普遍的断裂途径的观察242

7.4.2 增强体形状243

7.4.3 增强体的尺寸246

7.4.4 粘结强度246

7.4.5 增强体分布247

7.4.6 基体时效247

7.5 测量变量的影响249

7.5.1 应变速率249

7.5.2 温度250

7.5.3 水静压力250

参考文献254

8 传导性能及环境影响263

8.1 热导与电导性263

8.1.1 通过电子和声子传热263

8.1.2 关于MMC中热传导的模型264

8.1.3 界面热阻与反应层269

8.1.4 电阻率274

8.1.5 抗热冲击性276

8.2 摩擦行为278

8.2.1 磨损的原理279

8.2.2 含硬质增强体MMC的磨损280

8.2.3 含软增强体粒子MMC的磨损284

8.3 机械阻尼性能286

8.3.1 阻尼容量的起源及测量286

8.3.2 MMC的阻尼效应287

8.4 氧化及抗腐蚀性291

8.4.1 MMC的高温表面退化291

8.4.2 MMC的水腐蚀293

参考文献295

9 制造工艺301

9.1 主要的液相工艺303

9.1.1 压挤铸造与压挤渗透303

9.1.2 喷雾沉积303

9.1.3 浆体铸造（复合铸造）319

9.1.4 反应性工艺（即时复合材料）323

9.2 主要的固相工艺325

9.2.1 混粉与压制325

9.2.2 薄膜的扩展键合326

9.2.3 物理气相沉积（PVD）327

9.3 后续加工328

9.3.1 挤压与拉拔329

9.3.2 轧、锻及热等静压331

9.3.3 超塑性及薄板成形工艺332

9.4 机加工与连接333

9.4.1 机切削334

9.4.2 电切割334

9.4.3 高能光束及液体喷流切割335

9.4.4 连接方法335

参考文献336

10 基体显微组织的变化348

10.1 位错的结构和行为348

10.1.1 热应力对位错结构的影响348

10.1.2 塑性应变对位错结构的影响352

10.2 析出行为355

10.2.1 时效动力学的监测355

10.2.2 在位错上形核的析出355

10.2.3 与空位相关的析出357

10.2.4 均匀形核的析出358

10.2.5 界面析出与无析出区359

10.3 晶粒结构、织构、回复和再结晶359

10.3.1 变形诱发的特征359

10.3.2 再结晶364

参考文献369

11 性能表征与检测技术374

11.1 杨氏模量的测量374

11.1.1 基本原理和测试能力374

11.1.2 在MMC中的应用375

参考文献380

11.2 塑性应变历史的表征382

11.2.1 基本原理和能力382

11.2.2 在MMC中的应用382

参考文献391

11.3 衍射法测量内应力393

11.3.1 基本原理和测试能力393

11.3.2 在金属基复合材料中的应用393

参考文献395

11.4 光弹性法测量内应力396

11.4.1 基本原理和测试能力396

11.4.2 在MMC中的应用399

参考文献401

11.5 金相试样制备401

11.5.1 基本原理和测试能力401

11.5.2 在MMC中的应用402

参考文献405

11.6 透射电镜试样制备405

11.6.1 基本原理及测试能力405

11.6.2 在MMC中的应用406

参考文献408

11.7 强体参数的表征408

11.7.1 基本原理和测试能力408

11.7.2 增强体长径比408

11.7.3 增强体的取向409

11.7.4 增强体的分布411

参考文献413

11.8 阿基米德测密度法414

11.8.1 基本原理和能力414

11.8.2 在MMC中的应用415

参考文献416

11.9 热导和电导性417

11.9.1 基本原理与测试能力417

11.9.2 在MMC中的应用418

参考文献419

11.10 高温膨胀仪420

11.10.1 基本原理和测试能力420

参考文献422

11.11 声发射技术对损伤现象的检测422

11.11.1 基本原理与测试能力422

11.11.2 在MMC中的应用423

参考文献425

12 应用427

12.1 MMC的工程性能427

12.1.1 刚度的增强427

12.1.2 强度的增强429

12.1.3 抗蠕变能力的增加429

12.1.4 耐磨性能的增加429

12.1.5 降低密度430

12.1.6 热膨胀的控制430

12.2 实例分析431

12.2.1 柴油机活塞432

12.2.2 汽车驱动轴434

12.2.3 设备架435

12.2.4 制动器转盘436

12.2.5 自行车体437

12.2.6 发动机缸体438

12.2.7 宇航望远镜439

12.2.8 微电子器件的基座440

12.2.9 飞机发动机部件441

参考文献442

附录Ⅰ 术语445

附录Ⅱ 基体和增强体的一些热物理性能451

附录Ⅲ 基本的EshelbyS张量454

附录Ⅳ Eshelby计算的程序清单456