MECHANICAL PROPERTIES OF MATERIALS
David Roylance
2008



Contents
1 Uniaxial Mechanical Response 5
1.1 Tensile Strength and Tensile Stress . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2 Stiffness in Tension - Young'sModulus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.3 The Poisson Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.4 Shearing Stresses and Strains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.5 Stress-Strain Curv es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.6 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2 Thermodynamics of Mechanical Response 25
2.1 Enthalpic Response . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.2 Entropic Response . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.3 Viscoelasticity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.4 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3 Composites 43
3.1 Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.2 Stiffness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.3 Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.4 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4 General Concepts of Stress and Strain 51
4.1 Kinematics: the Strain–Displacement Relations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.2 Equilibrium: the Stress Relations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.3 Transformation of Stresses and Strains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.4 Constitutiv eRelations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.5 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
5 Yield and Plastic Flow 79
5.1 Multiaxial Stress States . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
5.2 Effect of Hydrostatic Pressure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
5.3 Effect of Rate and Temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
5.4 ContinuumPlasticity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
5.5 The Dislocation Basis of Yield and Creep . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
5.6 Kinetics of Creep in Crystalline Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
5.7 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
6 Fracture 105
6.1 Atomistics of Creep Rupture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
6.2 FractureMechanics - the Energy-Balance Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
6.3 The Stress Intensity Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
6.4 Fatigue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
6.5 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

Register to see link

You are not allowed to view links. Register or Login