Mechanical behavior of materials

Half-title......Page 3
Title......Page 5
Copyright......Page 6
Contents......Page 7
Preface......Page 15
Introduction......Page 19
Stress......Page 20
Sign Convention......Page 21
Transformation of Axes......Page 22
Mohr's Stress Circles......Page 24
Strains......Page 27
Small Strains......Page 29
Transformation of Axes......Page 30
Mohr's Strain Circles......Page 31
Force and Moment Balances......Page 32
Boundary Conditions......Page 34
Problems......Page 35
Isotropic Elasticity......Page 38
Variation of Young's Modulus......Page 40
Isotropic Thermal Expansion......Page 42
Elastic Anisotropy......Page 43
Orientation Dependence of Elastic Response......Page 45
Orientation Dependence in Cubic Crystals......Page 46
Orientation Dependence in Noncubic Crystals......Page 48
Anisotropic Thermal Expansion......Page 49
Notes......Page 50
Problems......Page 51
Tensile Specimens......Page 54
Stress–Strain Curves......Page 55
Ductility......Page 58
True Stress and Strain......Page 59
Temperature Rise......Page 61
Sheet Anisotropy......Page 62
Measurement of Force and Strain......Page 63
Axial Alignment......Page 64
Compression Test......Page 65
Plane–Strain Compression......Page 68
Biaxial Tension (Hydraulic Bulge Test)......Page 69
Torsion Test......Page 71
Bend Tests......Page 72
Hardness Tests......Page 74
Mutual Indentation Hardness......Page 77
Notes......Page 78
Problems......Page 79
Mathematical Approximations......Page 83
Power Law Approximation......Page 85
Necking......Page 86
Localization of Strain at Defects......Page 88
Notes......Page 89
Problems......Page 90
Yield Criteria......Page 92
Tresca (maximum shear stress criterion)......Page 93
Von Mises Criterion......Page 94
Flow Rules......Page 96
Principle of Normality......Page 97
Effective Stress and Effective Strain......Page 98
Other Isotropic Yield Criteria......Page 100
Anisotropic Plasticity......Page 102
Effect of Strain Hardening on the Yield Locus......Page 104
Notes......Page 105
Problems......Page 106
Strain Rate Dependence of Flow Stress......Page 110
Superplasticity......Page 113
Combined Strain and Strain Rate Effects......Page 117
Strain Rate Sensitivity of bcc Metals......Page 118
Combined Temperature and Strain Rate Effects......Page 121
Hot Working......Page 126
Notes......Page 127
Problems......Page 128
Schmid's Law......Page 131
Strains Produced by Slip......Page 134
Strain Hardening of fcc Single Crystals......Page 135
Tensile Deformation of fcc Crystals......Page 136
Slip in bcc Crystals......Page 138
Lattice Rotation in Tension......Page 139
Lattice Rotation in Compression......Page 141
Texture Formation in Polycrystals......Page 142
Approximate Calculations of R Values......Page 143
Deformation of Polycrystals......Page 144
Texture Strengthening......Page 145
Effects of Texture on Microstructure......Page 146
Notes......Page 150
Problems......Page 151
Theoretical Strength of Crystals......Page 155
The Nature of Dislocations......Page 157
Burgers Vectors......Page 159
Energy of a Screw Dislocation......Page 160
Stress Fields around Dislocations......Page 162
Forces on Dislocations......Page 164
Partial Dislocations in fcc Crystals......Page 165
Stacking Faults......Page 167
Notes......Page 170
Problems......Page 171
Frank-Read Sources......Page 173
Cross-Slip......Page 176
Dislocation Intersections......Page 177
Note......Page 181
Problems......Page 182
Introduction......Page 184
Twinning Shear......Page 185
Twinning in bcc Metals......Page 187
Twinning in hcp Metals......Page 189
Shapes of Twins......Page 191
Mechanism of Twinning......Page 193
Shape Memory and Superelasticity......Page 196
Problems......Page 199
Grain Size......Page 202
Strain Hardening......Page 204
Solid Solution Strengthening......Page 205
Dispersion Strengthening......Page 206
Yield Points and Strain Aging......Page 209
Combined Effects......Page 210
Notes......Page 213
Problems......Page 214
Stick-Slip Phenomena......Page 217
Dynamic Strain Aging......Page 218
Strain Localization......Page 223
Problems......Page 224
Introduction......Page 226
Ductile Fracture......Page 228
Brittle Fracture......Page 234
Impact Energy......Page 236
Notes......Page 239
Problems......Page 241
Theoretical Fracture Strength......Page 243
Griffith Theory......Page 245
Irwin's Fracture Analysis......Page 247
Plastic Zone Size......Page 249
Thin Sheets......Page 251
Temperature and Loading Rate......Page 252
Fracture Mechanics in Design......Page 253
Compact Tensile Specimens......Page 254
Strain–Energy Release......Page 255
The J Integral......Page 256
Notes......Page 258
Problems......Page 259
Appendix. Size and Shape of the Plastic Zone at the Crack Tip......Page 261
Rheological Models......Page 262
Series Combination of Spring and Dashpot......Page 263
Combined Series Parallel Model......Page 264
Damping......Page 266
Natural Decay......Page 267
Elastic Modulus – Relaxed versus Unrelaxed......Page 268
Thermoelastic Effect......Page 269
Snoek Effect in bcc Metals......Page 271
Other Damping Mechanisms......Page 272
Notes......Page 273
Problems......Page 274
Introduction......Page 277
Creep Mechanisms......Page 278
Temperature Dependence of Creep......Page 281
Deformation Mechanism Maps......Page 282
Cavitation......Page 283
Extrapolation Schemes......Page 284
Alloys for High-Temperature Use......Page 287
Notes......Page 289
Problems......Page 290
Surface Observations......Page 293
Nomenclature......Page 294
S-N curves......Page 296
Effect of Mean Stress......Page 297
The Palmgren-Miner Rule......Page 299
Stress Concentration......Page 300
Surfaces......Page 302
Design Estimates......Page 303
Strains to Failure......Page 304
Crack Propagation......Page 307
Temperature and Cycling Rate Effects......Page 310
Fatigue of Polymers......Page 313
Design Considerations......Page 315
Notes......Page 316
Problems......Page 317
Small-Scale Stresses......Page 320
Bauschinger Effect......Page 323
Nonuniform Cooling......Page 324
Stresses from Welding......Page 325
Stresses from Mechanical Working......Page 326
Consequences of Residual Stresses......Page 328
Measurement of Residual Stresses......Page 329
Relief of Residual Stresses......Page 331
Notes......Page 332
Problems......Page 333
Elastic Properties......Page 336
Hardness......Page 337
Weibull Analysis......Page 339
Testing......Page 340
Porosity......Page 341
Fracture Toughness......Page 342
Toughening of Ceramics......Page 344
Silicate Glasses......Page 347
Strength of Glasses......Page 350
Thermally Induced Stresses......Page 351
Glassy Metals......Page 352
Notes......Page 354
Problems......Page 355
Elastic Behavior......Page 357
Rubber Elasticity......Page 362
Damping......Page 363
Yielding......Page 365
Effect of Strain Rate......Page 366
Effect of Pressure......Page 368
Crazing......Page 372
Fracture......Page 374
Shape-Memory Effect......Page 375
Notes......Page 378
Problems......Page 379
Elastic Properties of Fiber-Reinforced Composites......Page 381
Strength of Fiber-Reinforced Composites......Page 385
Volume Fraction of Fibers......Page 386
Fiber Length......Page 387
Failure with Discontinuous Fibers......Page 390
Failure under Compression......Page 391
Typical Properties......Page 392
Particulate Composites......Page 393
Brick Wall Model......Page 394
Lamellar Composites......Page 396
Metal Foams......Page 397
REFERENCES......Page 399
Problems......Page 400
Bulk-Forming Energy Balance......Page 403
Deformation Zone Geometry......Page 407
Friction in Bulk Forming......Page 410
Formability......Page 411
Deep Drawing......Page 412
Stamping......Page 414
Notes......Page 419
Problems......Page 420
Directions......Page 425
The Miller-Bravais System for Hexagonal Crystals......Page 426
Problem......Page 429
Appendix II: Stereographic Representation of Orientations......Page 430
Problems......Page 432
Index......Page 433