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第1篇 弹性常数测量的理论与方法 2

1 固体的弹性与弹性常数 2

1.1 弹性与弹性变形的基本规律 2

2 静态弹性常数的测量方法 2

1.2 晶体的弹性系数与材料的弹性常数 5

1.3 弹性的影响因素 9

1.3.1 原子核外电子与晶格固有振动等结构特征的影响 9

1.3.2 晶体择优取向的影响 12

1.3.4 温度的影响 13

1.3.3 变形速率的影响 13

1.3.5 磁场或磁性转变的影响 14

1.3.6 相变的影响与超弹性 15

1.4 弹性与其他物理性能间的关系 16

2.1 静态杨氏模量测量方法 21

2.1.1 静载拉伸法 21

2.1.2 悬臂梁法 23

2.1.3 简支梁法 29

2.2.2 测量原理 32

2.2 静态切变模量测量方法 32

2.2.1 适用范围 32

2.2.3 测量条件与要求 34

2.3 静态泊松比测量方法 35

2.3.1 适用范围 35

2.3.2 测量原理 35

2.3.2 测量条件与要求 35

3 动态弹性常数的共振测量方法 37

3.1 杆状试样杨氏模量测量方法 37

3.1.1 弯曲共振法 37

3.1.2 纵共振法 52

3.2 杆状试样切变模量测量方法 58

3.2.1 适用范围 58

3.2.2 测量原理 58

3.2.3 测量条件与要求 69

3.2.4 应用与发展概况 72

3.3.1 适用范围 73

3.3 高阻尼材料弹性常数检测方法 73

3.3.2 测量原理 74

3.3.3 测量条件与要求 78

3.3.4 应用与发展概况 79

3.4 圆板弹性常数检测方法 80

3.4.1 适用范围 80

3.4.2 测量原理 80

3.4.3 测量条件与要求 84

3.4.4 应用与发展概况 85

3.5 小尺寸球体与单晶弹性常数检测方法 86

3.5.1 球形样品弹性常数的测量 86

3.5.2 单晶体弹性常数的测量 88

4 动态弹性常数的波速测量方法 92

4.1 固体中的声波波速与弹性常数 92

4.1.1 固体中的声波 92

4.1.2 无限介质中的纵波与横波波速 93

4.1.3 细杆中的拉伸波与扭转波波速 97

4.1.4 杆中的弯曲波波速 98

4.2 波速值的修正与基本参数间的关系 99

4.2.1 尺寸因素的影响及其修正 99

4.2.2 各类波速测量中基本参数间的关系 100

4.2.3 波速与弹性常数间的关系 102

4.3 波速简易测量方法 103

4.3.1 厚度计法 103

4.3.2 瞬间接触法 106

4.4.1 脉冲回波法 107

4.4 常规试样的精密测量方法 107

4.4.2 超声干涉法 110

4.4.3 相位比较法 111

4.5 特殊试样的波速测量方法 113

4.5.1 单平面试样与表面波波速测量 113

4.5.2 小尺寸试样的波速测量 115

4.5.3 高阻尼材料的波速测量 116

5.1.2 激光技术的应用 118

5.1.1 射线衍射技术的应用 118

5.1 其他弹性测量方法 118

5 其他弹性测量方法与方法综述 118

5.2 弹性测量方法统计综述 119

5.2.1 测量方法标准化概况 119

5.2.2 不同方法结果间的比较 121

5.2.3 方法的应用 121

参考文献 123

第2篇 弹性的各向异性 126

1 基本概念 126

1.1 各向异性的概念及意义 126

1.2 各向异性的本质 127

1.2.1 单晶材料 127

1.2.2 多晶材料 128

1.2.3 复合材料 129

1.3 各向异性与不均匀性 129

2.1 张量 131

2 张量与群论基础 131

2.2 群论 134

3 各向异性材料的弹性表征 137

3.1 广义胡克定律、刚度与柔度 137

3.2 工程弹性常数 140

3.2.1 工程弹性常数的定义 140

3.2.2 工程弹性常数的取向分布 141

3.3.1 以工程弹性常数表示柔度系数 143

3.3 弹性柔度与工程弹性常数的关系 143

3.3.2 以柔度系数表示工程弹性常数 146

4 常见金属材料的弹性各向异性特征 151

4.1 正交异性 151

4.2 横向同性 155

4.3 立方对称 163

5 多晶金属弹性模量的统计计算 168

5.1 按取向分布函数统计刚度系数 169

5.2 按反极图统计杨氏模量 171

6.1 晶体弹性各向异性的图像表示 173

6 金属织构的弹性分析方法 173

6.1.1 晶体的三维弹性各向异性极射赤面投影图 174

6.1.2 晶体诸晶面的二维弹性各向异性图像 174

6.2 六方金属织构的弹性分析 174

6.3 立方金属织构的弹性分析 177

6.3.1 定性分析 177

6.3.2 定量分析 180

7.1.1 主坐标系中的柔度与刚度 183

7.1 复合材料层片的弹性各向异性 183

7 复合材料的弹性各向异性分析 183

7.1.2 非主坐标系中的柔度与刚度 186

7.2 层合板的弹性各向异性 188

7.2.1 层合板的弹性表征 188

7.2.2 几种典型层合板的弹性向向异性特征 196

8 复合材料弹性的预测 200

8.1 纵向杨氏模量E1 201

8.2 纵横向泊松比μ21 202

8.3 横向杨氏模量E2 203

8.3.1 蔡-韩公式 205

8.3.2 植村-山胁公式 205

8.4 纵横向切变模量G12 206

9 各向异性介质中的弹性波 207

9.1 波动方程 207

9.2 传播张量及其特征值和特征矢量 208

9.3 正交异性介质中的弹性波 210

9.3.2 在对称面内传播的弹性波 211

9.3.1 沿2次轴方向传播的弹性波 211

9.4 横向同性介质中的弹性波 212

9.4.1 沿6次轴方向传播的弹性波 212

9.4.2 沿横向传播的弹性波 212

9.5 立方对称介质中的弹性波 213

9.5.1 沿4次轴方向传播的弹性波 214

9.5.2 沿3次轴方向传播的弹性波 214

9.5.3 沿2次轴方向传播的弹性波 215

9.6 各向同性介质中的弹性波 216

参考文献 217

第3篇 非弹性与振动阻尼的测量与应用 219

1 非弹性的基本概念及其表述 219

1.1 非弹性与机械滞后 219

1.1.1 固体中的非弹性现象 219

1.1.2 机械滞后，静滞后与内耗 220

1.1.3 粘弹性与滞弹性 221

1.2 非弹性与内耗的量度 225

1.2.1 应变响应滞后角？ 225

1.2.2 耗损系数η 225

1.2.3 阻尼能力率P 225

1.2.4 机械品质因数Q 226

1.2.5 对数衰减率δ 226

1.2.6 阻尼系数β 226

1.2.7 声衰系数(衰减系数)α 227

1.2.8 分贝衰减率γ 227

1.3.1 应力-应变关系 228

1.3 滞弹性与内耗的形式理论 228

1.3.2 应变弛豫与应力弛豫 230

1.3.3 内耗与弛豫谱 231

1.4 非弹性与内耗的影响因素 233

1.4.1 界面弛豫 233

1.4.2 热弹性弛豫 233

1.4.3 点缺陷弛豫 233

1.4.6 位错弛豫 234

1.4.5 甄纳弛豫 234

1.4.4 斯诺克弛豫 234

1.4.7 磁弹性弛豫 235

1.4.8 传导电子弛豫 235

1.4.9 各类内耗源的特征及其应用 235

2 非弹性测量方法 240

2.1 应力或应变弛豫与弹性后效测量法 240

2.1.1 应力弛豫的测量 240

2.1.2 弹性后效的测量 242

2.1.3 弛豫参量的自动测量 246

2.2 扭摆内耗与振动衰减测量法 247

2.2.1 葛氏摆法 248

2.2.2 倒摆法 252

2.2.3 复合摆法 254

2.3 振动阻尼与音频内耗测量法 255

2.3.1 幅比法 255

2.3.2 峰宽法 260

2.3.3 衰减法 262

2.4.1 适用范围 264

2.4 声衰系数与超声衰减测量法 264

2.4.2 测量原理 265

2.4.3 测量条件与要求 266

2.4.4 就应用发展概况 267

2.5 高阻尼材料振动衰耗特性测量法 267

2.5.1 适用范围 267

2.5.2 测量原理 268

2.5.3 测量条件与要求 270

2.6.1 正弦力激励法 271

2.5.4 应用发展概况 271

2.6 粘弹性材料性能工业检测 271

2.6.2 谐振试验法 272

2.6.3 自由衰减法 273

2.7 内耗绝对测量的有关问题 274

2.7.1 支撑的影响 274

2.7.2 空气阻尼的影响 275

2.7.3 测量方法与条件的选择 275

3 非弹性测量的应用 277

3.1 概述 277

3.2 减振降噪技术中的应用 277

3.2.1 粘弹阻尼材料 278

3.2.2 减振合金 280

3.3 金属固溶体浓度及沉淀析出的研究 281

3.4 扩散参量的测定 283

参考文献 286

1.1 松弛现象 288

1 弹性松弛概论 288

第4篇 弹性松弛的测量与应用 288

1.2 应力松弛的物理本质 289

1.3 应力松弛试验名词术语 291

1.4 应力松弛曲线与特性指标 293

2 弹性松弛测量方法 295

2.1 拉伸应力松弛试验法 295

2.1.1 静态拉伸法 295

2.1.2 动态拉伸法 296

2.1.3 国标法 298

2.2 弯曲应力松弛试验法 299

2.2.1 等弯矩环法 299

2.2.2 两端自由法 301

2.2.3 两端固定法 301

2.2.4 门德尔贴筒法 303

2.2.5 三点弯曲试验法 304

2.3.1 应力状态 305

2.3 松弛试验国内外标准概述 305

2.3.2 温度控制精度 306

2.3.3 试样尺寸与形状 307

2.3.4 施加载荷的规定 308

3 工程材料应力松弛检测方法 309

3.1 开关簧片的应力松弛检测 309

3.2 螺旋弹簧应力松弛检测 314

3.2.1 螺旋弹簧应力松弛试验装置 314

3.2.2 螺旋弹簧应力松弛的自动检测装置 316

3.3 纺机摇架弹簧的松弛检测 317

3.3.1 摇架弹簧的绕制 317

3.3.2 松弛试验 317

3.3.3 65钢的松弛曲线及关系式 318

3.4 预应力钢材的松弛检测 320

4 常用合金材料的应力松弛特性 323

4.1 合金材料的应力松弛特性与产品可靠性的关系 323

4.2 形变强化弹簧钢的应力松弛性能 324

4.3 铍青铜的应力松弛特性 325

4.4 形变强化铜合金的应力松弛特性 329

4.5.1 提高合金钢材松弛稳定性的途径 334

4.5 提高合金材料松弛稳定性的途径 334

4.5.2 提高弹性元件松弛稳定性的途径 335

4.5.3 提高铍青铜松弛性能的新方法 336

参考文献 338

1.1 测量值与正态分布 339

1.1.2 等精度单水平测量值的分布 339

1.1.1 测量及其分类 339

1 经典的测量误差概念 339

附录A 测量不确定度应用基础 339

1.1.3 置信水平与误差限 343

1.2 经典的测量误差与相关术语 344

1.2.1 测量误差 344

1.2.1.1 绝对误差与相对误差 344

1.2.1.2 偶然误差与系统误差 344

1.2.2 测量精密度、准确度与测试方法重复性、再现性 345

2.1 样本标准差 346

2 有限次测量的样本偏差及其分布 346

2.2 样本偏差的分布与X2检验 347

2.2.1 有限次测量中样本偏差的分布 347

2.2.2 X2分布表的应用 349

2.2.2.1 总体标准差置信上限的估算 349

2.2.2.2 X2检验 351

3 测量不确定度及其表征 353

3.1 经典误差概念中的问题与不确定度 353

3.2 不确定度及其表征 354

4 不确定度的估算 355

4.1 相关量测量不确定度的估算 355

4.2 间接测量值测量不确定度的估算 356

4.3 合成不确定度的估算 357

5 置信因子的确定与总不确定度估算 360

5.1 t分布及其应用 360

5.2 置信因子与总不确定度估算法 362

参考文献 365