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第1章 绪论1

1.1 引言1

1.2 设计过程中的材料问题2

1.3 工程材料的发展3

1.4 产品中材料的演变6

1.5 本章小结8

1.6 扩展阅读8

第2章 设计过程11

2.1 引言11

2.2 设计过程11

2.3 设计类型14

2.4 设计工具和材料数据15

2.5 功能、材料、形状和工艺16

2.6 案例分析：开瓶器17

2.7 本章小结19

2.8 扩展阅读20

第3章 工程材料及其性能23

3.1 引言24

3.2 工程材料的类别24

3.3 设计所需的材料信息26

3.4 材料性能及其单位28

3.4.1 基本性能28

3.4.2 力学性能28

3.4.3 热性能35

3.4.4 电性能38

3.4.5 光性能41

3.4.6 生态性能41

3.5 本章小结41

3.6 扩展阅读41

第4章 材料性能图44

4.1 引言44

4.2 探究材料性能44

4.3 材料性能图47

4.3.1 弹性模量—密度图47

4.3.2 强度—密度图50

4.3.3 弹性模量—强度图51

4.3.4 比刚度—比强度图53

4.3.5 断裂韧度—弹性模量图54

4.3.6 断裂韧度—强度图55

4.3.7 损耗系数—弹性模量图57

4.3.8 导热系数—电阻率图58

4.3.9 导热系数—热扩散系数图60

4.3.10 热膨胀系数—导热系数图61

4.3.11 热膨胀系数—弹性模量图63

4.3.12 最高工作温度图64

4.3.13 摩擦和磨损65

4.3.14 成本柱状图67

4.3.15 弹性模量—相对成本图69

4.3.16 强度—相对成本图70

4.4 本章小结70

4.5 扩展阅读71

第5章 材料选择的基本原则73

5.1 引言73

5.2 选择方法74

5.2.1 材料属性74

5.2.2 选择策略74

5.2.3 解读77

5.2.4 筛查：属性限制78

5.2.5 排序：材料指标78

5.2.6 文档查阅79

5.2.7 现实条件80

5.3 材料指标80

5.4 选择过程86

5.4.1 解读需求，提取材料指标86

5.4.2 筛查：应用属性限制86

5.4.3 排序：图表中的材料指标87

5.4.4 文档查阅89

5.5 计算机辅助选择89

5.6 结构指标90

5.7 本章小结91

5.8 扩展阅读92

第6章 案例分析：材料选择93

6.1 引言93

6.2 船桨材料94

6.3 大型望远镜的反光镜96

6.4 桌腿材料99

6.5 建筑用结构材料102

6.6 飞轮材料105

6.7 弹簧材料108

6.8 弹性铰链和联轴器112

6.9 弹性填料材料114

6.10 脆性聚合物的极限变形量设计116

6.11 安全压力容器118

6.12 用于振动台的高刚性、高阻尼材料121

6.13 短时恒温容器的隔热层124

6.14 节能炉壁127

6.15 被动式太阳能供暖装置用材料129

6.16 用于精密仪器的低热变形材料132

6.17 换热器材料134

6.18 芯片散热器138

6.19 雷达天线罩材料140

6.20 本章小结143

6.21 扩展阅读143

第7章 多约束与冲突目标145

7.1 引言145

7.2 多约束情况下的选择146

7.3 冲突目标149

7.4 本章小结155

7.5 附录：权重因子和模糊方法156

7.6 扩展阅读158

第8章 案例分析：多约束与冲突目标161

8.1 引言161

8.2 多约束：轻质压力容器162

8.3 多约束：高性能发动机连杆164

8.4 多约束：高强磁场线圈167

8.5 冲突目标：桌腿171

8.6 冲突目标：必备电子产品的超薄外壳173

8.7 冲突目标：制动钳材料176

8.8 本章小结178

第9章 材料与形状的组合选择179

9.1 引言179

9.2 形状因数181

9.3 形状效率的限制条件189

9.4 材料—形状的最佳组合192

9.5 考虑形状因数的材料指标195

9.6 基于指标的图表选择法198

9.7 结构材料：微观形状200

9.8 本章小结203

9.9 扩展阅读204

第10章 案例分析：材料与形状205

10.1 引言205

10.2 人力飞机翼梁206

10.3 竞赛用自行车前叉209

10.4 楼板搁栅：木材、竹子还是钢？212

10.5 再论桌腿：细和轻哪个更重要？214

10.6 钢板刚度的增加215

10.7 弯曲形状：片式和股式217

10.8 超高效弹簧218

10.9 本章小结221

第11章 杂化材料设计223

11.1 引言223

11.2 材料性能空间中的空缺225

11.3 设计方法：A＋B＋构型＋尺寸227

11.4 复合材料228

11.5 夹层结构236

11.5.1 借助试验确定结构材料的等效性能237

11.5.2 基于分析的夹层结构的等效性能238

11.6 多孔结构：泡沫和晶格244

11.6.1 泡沫：弯曲主导型结构245

11.6.2 晶格：拉伸主导型结构248

11.7 分段结构251

11.8 本章小结253

11.9 扩展阅读254

第12章 案例分析：混合物257

12.1 引言257

12.2 金属基复合物设计257

12.3 软导体和渗流259

12.4 热传导与电传导的极端组合261

12.5 冰箱内壁263

12.6 微波透射屏蔽罩材料265

12.7 握力不会减小的连接器266

12.8 各向异性的应用：散热面268

12.9 天然材料的机械效率270

12.10 扩展阅读275

第13章 工艺与工艺选择277

13.1 引言277

13.2 工艺分类278

13.3 成形、连接和精饰工艺281

13.3.1 成形工艺281

13.3.2 连接工艺289

13.3.3 精饰工艺290

13.4 工艺对性能的影响292

13.5 系统的工艺选择295

13.5.1 选择策略295

13.5.2 执行策略296

13.6 排序：工艺成本306

13.7 计算机辅助工艺选择310

13.8 本章小结311

13.9 扩展阅读312

第14章 案例分析：工艺选择315

14.1 引言315

14.2 铝合金连杆铸造316

14.3 风扇成形318

14.4 火花塞绝缘体326

14.5 歧管管套328

14.6 钢制散热器的连接329

14.7 球轴承内、外圈的表面硬化331

14.8 本章小结332

第15章 材料与环境333

15.1 引言333

15.2 材料生命周期334

15.3 材料与能量的消耗系统335

15.4 材料的生态性能337

15.4.1 材料生产：能量和排放337

15.4.2 材料加工能量的评估（总转化效率15％）338

15.4.3 生命周期终结339

15.5 生态选择340

15.6 案例分析：饮料瓶和防撞护栏344

15.6.1 饮料瓶344

15.6.2 防撞护栏345

15.7 本章小结347

15.8 扩展阅读348

第16章 材料与工业设计351

16.1 引言351

16.2 需求金字塔352

16.3 产品特性353

16.4 利用材料与工艺创造产品个性355

16.4.1 材料和感官：美学属性355

16.4.2 材料和心理：关联与感知359

16.5 本章小结362

16.6 扩展阅读362

第17章 革新的动力365

17.1 引言365

17.2 市场拉动与科学推动366

17.2.1 来自市场的动力和竞争366

17.2.2 新的科学点：好奇心驱动的研究369

17.3 人口与财富的增长和市场饱和370

17.4 产品责任和服务提供371

17.5 小型化和多功能化371

17.6 关注环境与个人372

17.7 本章小结374

17.8 扩展阅读374