当今世界，自然科学与技术以前所未有的速度发展，特别是材料学科的发展尤其突出，一些与材料相关的交叉学科层出不穷。近年来，绿色环保材料、纳米材料、超高强度钢、导电高分子薄膜材料以及生物仿生材料等相关的新工艺、新理论、新实验方法、新观点、新现象不同程度地渗入到各个研究领域。特别值得注意的是材料微结构的变化与力学行为间的关系越来越清楚地表明： 材料小尺度性能的特征及其尺度效应研究与材料小尺度破坏机理研究已成为材料逆向设计最重要的一个环节。随着科学技术和实验研究方法的发展，过去一些被认为难以解决的问题，例如，呈现在人们眼前的小尺度下的材料微结构演化过程已经能够实时记录，使得认识材料复杂微结构在力场、温度场的演化规律，研究各向异性以及非连续性材料的力学性质、复杂宏、微观损伤机理以及材料跨尺度性能特征及其尺度效应已成为可能。

    全书分为基础研究方法篇和专题研究应用篇。为了满足初学固体材料力学实验研究学生的教学内容，本书在基础研究方法篇中系统介绍了材料力学实验主要的杆（梁）力位移、应力应变检测的相关实验案例。这些案例主要包括硬度与性能间的关系试验法、纳米压痕试验中的问题及相关计算法，单向拉伸和压缩曲线的获得与试样微细观破坏现象的解释与分析方法，应力集中和缺口效应的影响，薄膜拉伸试验方法、电阻应变片测量应变方法与分析，最后对复合材料的单向和双向性能检测方法及典型案例进行了讨论。目的是由浅入深地启发学生如何从试验过程中寻找新现象，发现新问题，然后根据这些问题和阅读相关文献，撰写出科学论文。本篇内容是作者8年来在清华大学本科生材料力学实验教学中的经验与总结，其中也包括我的同事们参与的部分工作。

    在专题研究应用篇中主要对小尺度下的铸造镁铝合金、含夹杂物超高强度钢的疲劳裂纹萌生与扩展规律及相关影响进行了研究，对作者近5年在SEM原位试验研究方法取得的最新研究成果进行了重点介绍。同时，对因辊压工艺导致的“三明治”复合结构板材不同力学行为等诸多问题展开了讨论。

    对近年来出现的新型材料——导电高分子薄膜材料，作者不仅介绍了微米厚度薄膜力学性能的检测方法，得到了导电高分子薄膜弹性模量的尺度临界参考值，还介绍了研究薄膜表面微结构与薄膜制备工艺以及薄膜强度韧脆性关系的一种分析方法。

    在生物材料力学行为研究章节中主要介绍蜻蜓翅膀微结构对其力学性能的影响以及仿生初探，猴头上颚矫正牵引中新生骨质强度与牵引过程中的关系等内容。此外，对苍蝇为什么能在光滑的玻璃面上快速行走及其吸附机理等问题，通过苍蝇腿尖局部微结构的实验研究进行了介绍，同时为了讨论吸附机理，还对“爬山虎”植物吸盘的细胞微结构进行直接观测和分析。

    对于应用于工程实际的大型焊接结构，对影响其寿命的主要因素之一的残余应力进行了无损检测与分析方法研究，通过实际案例介绍了作者近年来在磁测技术与分析方面的研究成果。

    这些研究成果涉及固体材料力学行为宏观检测和小尺度下的性能表征方法，从工程实际应用到显微损伤机理评价，材料涉及轻金属、超高强度钢、“三明治”复合结构核材料以及导电高分子膜材料、生物材料。通过具体试验案例，侧重试验过程与结果分析，许多内容已受到国内外学术界的充分重视。

    固体材料力学行为的SEM原位研究及显微结构在外场力（热）作用下的演化行为研究已成为材料科学与实验力学研究的交叉内容，其研究结果将成为材料改性和逆向设计的重要依据。

    本书的主要内容是在科技部“973”（2004CB619304）、国家自然科学基金（50571047）和教育部同济大学固体力学重点实验室高级访问学者资助项目的研究成果基础之上撰写的。同时，我的学生们的一些工作也为本书增色不少。

    固体材料小尺度力学行为的SEM原位试验研究仍在不断发展之中，特别是材料的微结构的新变化层出无穷，我们的工作还需要与时俱进。因此，书中的一些见解和论述限于作者水平，难免存在谬误和不当之处，敬请广大读者批评指正。

王习术

   2007年3月于清华园