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材 料 强 度 学
天津大学材料科学与工程学院
2009年11月
目 录
第一章 材料强度的基本知识
第二章 线弹性断裂力学
第三章 弹塑性断裂力学
第四章 防断裂设计与应用
第五章 损伤的概念与理论基础
第六章 连续损伤力学
第七章 细观损伤力学
第八章 损伤的测量
第九章 损伤与断裂力学的互补
第十章 材料的强化与韧化
第一章 材料强度的基本知识
第一节 概 念
第二节 弹性力学基础
第三节 材料的力学性能
第四节 材料的理论断裂强度
第五节 缺陷对材料强度的影响
第六节 材料强度的发展历史
第七节 课程主要内容与参考文献
第一节 概 念
1) 强 度
是材料力学性能的一种；而性能是一种参量，用
于表征材料在给定外界条件下的行为。
性能具备定量化、从行为过程去理解；并重视环
境对性能的影响。

* 强 度：
指材料对变形和断裂的抗力，如材料的屈服强
σ s σ σ σ
度 、抗拉强度 b 、抗弯强度 bb 、抗压强度 bc 、抗
τ σ T
扭强度和抗剪强度 b 、疲劳强度 σ r 、持久强度 t 等。
* 影响因素：
（1）化学成分：不同的合金，强度也不同。
（2）微观结构（组织）：
（3）应力状态：如在三向应力下，材料很难发生变
形，断裂韧性明显降低。
（4）环 境：应力腐蚀破裂、腐蚀疲劳、腐蚀磨损、
高温蠕变等。

* 用 途：
将强度或强度和韧性，作为进行材料或构件
（安全）设计的性能指标（依据）。
2）材料强度学
* 是研究材料力学行为的一个分支。

* 主要研究材料变形与断裂行为及其与应力、环境等
外部因素的关系，探明变形与断裂行为的微观机制，
建立变形与断裂的定量理论。

* 目的与任务：研究材料强度的本质，探索提高材料
强度的途径， 开发在不同环境下具有更高强度的材
料。
第二节 弹性力学基础
1）应力分量
（1）体 力：重力、电磁力等。
（2）面 力：风力、接触力、液体压力等。
（3）正应力和切应力：
物体内部单元体六个面上的应力，共有九个应力
σσσ
分量：三个正应力分量（ xyz ,, ）和六个切应力分
量 。这九个应力分量代表了一点
(ττττττ xy ,,,,, yx yz zy zx xz )
的应力状态。
ττττττ= = =
根据切应力互等定理，有 xy yx ,, yz zy zx xz , 所
以九个应力分量中，实际上只有六个是独立的，
即 。
σσστττ x ,,,,, y z xy yz zx
（4）主应力
只有正应力、无切应力分量的面和方向，称为主
应力面和主应力方向。
2）应变分量
（1）位移分量：u、v、w
（2）正应变：
∂u 
ε =
x 
∂x 
∂υ 
ε = 
y ∂y

∂w 
ε = 
z ∂z 
（3）切应变：
∂∂υ u ∂∂ wv ∂∂ wu
γγγ=+=+=+;;
xy ∂∂xyyz ∂∂ yzxz ∂∂ xz