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第1章 绪论 1

1．1 研究内容及其历史发展过程 1

1．2 疲劳设计方法 8

1．2．1 总寿命法 9

1．2．2 损伤容限法 9

1．2．3 不同方法的比较 11

1．3 机理性基础知识的重要性 11

1．4 连续介质力学 13

1．4．1 线弹性原理 15

1．4．2 应力不变量 17

1．4．3 塑性原理 18

1．5 延性单晶体的形变 23

习题 27

第2章 延性固体的循环形变 30

2．1 单晶体的循环应变硬化 31

2．2 单晶体循环硬化的不稳定性 36

2．3 单晶体的循环饱和 38

2．4 沿驻留滑移带的形变 41

2．5 驻留滑移带的位错结构 44

2．5．1 合金化效应和交滑移的影响 46

2．5．2 试验温度的影响 47

2．5．3 复合模型 48

2．6 驻留滑移带的形成 49

2．7 迷宫结构和胞结构的形成 55

2．8 晶体结构的影响 56

2．8．1 体心立方晶体的位错结构 56

2．8．2 体心立方晶体在疲劳过程中的形状变化 58

2．9 小结：单向形变与循环形变的比较 60

2．10 晶界效应 62

2．11 多晶体的循环硬化和软化 63

2．12 滑移特征效应和合金化的影响 67

2．13 沉淀效应 69

2．14．1 术语 72

2．14 Bauschinger效应 72

2．14．2 机制 73

2．15 单轴疲劳和多轴疲劳的连续介质模型 76

2．15．1 并联亚单元模型 79

2．15．2 加工硬化模量场 81

2．15．3 循环塑性的双表面模型 86

2．15．4 其它方法 89

2．15．5 金属墓复合材料的Bauschinger效应 90

2．16 循环蠕变(棘齿效应) 93

习题 96

第3章 延性固体的疲劳裂纹萌生 97

3．1 表面粗糙度和疲劳裂纹萌生 97

3．1．1 早期的观察和观点 98

3．1．2 近期的试验结果 100

3．2 空位偶极子模型 102

3．3 裂纹沿PSB萌生 109

3．4 表面在裂纹萌生中的作用 111

3．5 环境对裂纹萌生的影响 112

3．6 循环滑移的运动学不可逆性 113

3．7 裂纹沿晶界萌生 114

3．8 工业合金牛的裂纹萌生 119

3．8．1 夹杂和气孔近旁的裂纹萌生 119

3．8．2 微观力学模型 123

3．9 环境对工业合金疲劳裂纹萌生的影响 124

习题 125

第4章 疲劳寿命的应力或应变唯象描述方法 128

4．1 应力—寿命法 129

4．2 平均应力对疲劳寿命的影响 132

4．3 累积损伤 134

4．4 表面处理的影响 135

4．5 应变——寿命法 138

习题 142

5．1 Griffith断裂理论 144

第5章 断裂力学原理及其在描述疲劳中的应用 144

5．2 能量释放率和裂纹扩展驱动力 146

5．3 线弹性断裂力学 148

5．3．1 断裂的宏观表现方式 149

5．3．2 平面问题 150

5．3．3 K控制的条件 158

5．3．4 断裂韧性 159

5．3．5 疲劳裂纹扩展的描述 159

5．4 G和K的等效性 160

5．5 单向加载的塑性区尺寸 161

5．5．1 Irwin近似 161

5．5．2 Dugdale模型 162

5．5．3 Barenblatt模型 163

5．6 循环加载的塑性区尺寸 164

5．7 弹—塑性断裂力学 167

5．7．1 J积分 167

5．7．2 Hutchinson—Rice-Rosengren(HRR)奇异场 168

5．7．3 裂纹顶端张开位移 169

5．7．4 J控制的条件 170

5．7．5 疲劳裂纹扩展的描述 172

5．8 含微裂纹固体的I型场 175

5．9 复合型断裂力学 178

5．9．1 延性固体的Ⅰ—Ⅱ复合型断裂 179

5．9．2 微开裂固体的Ⅰ一Ⅱ复合型断裂 181

5．10 裂纹偏折 183

5．10．1 分叉弹性裂纹 184

5．10．2 由裂纹偏折引起的多轴断裂 187

5．10．3 分叉裂纹的塑性近顶端场 188

习题 191

第6章 延性固体疲劳裂纹的扩展 193

6．1 裂纹扩展的描述 194

6．1．1 断裂力学方法 194

6．1．2 疲劳寿命计算 196

6．2．1 第1阶段裂纹扩展 197

6．2 疲劳裂纹扩展的微观阶段 197

6．2．2 第Ⅱ阶段裂纹扩展及疲劳辉纹 200

6．2．3 有关辉纹形成的模型 201

6．2．4 环境对第Ⅱ阶段疲劳的影响 204

6．3 疲劳裂纹扩展的不同区段 204

6．4 疲劳裂纹的近门槛扩展 206

6．4．1 有关疲劳门槛现象的模型 208

6．4．2 微观组织结构尺寸的影响 210

6．4．3 滑移特征的影响 212

6．4．4 疲劳门槛值的测定 216

6．5 裂纹扩展的中间区 218

6．6 高扩展速率区 222

习题 223

第7章 恒幅疲劳裂纹扩展的阻滞 226

7．1 塑性诱发的裂纹闭合 227

7．1．1 机制 227

7．1．2 解析模型 233

7．1．3 数值模型 237

7．1．4 载荷比对疲劳门槛值的影响 239

7．2 氧化物诱发的裂纹闭合 241

7．2．1 机制 242

7．2．2 环境效应的本质 243

7．3 裂纹面粗糙诱发的裂纹闭合 246

7．3．1 机制 247

7．3．2 疲劳门槛的显微组织效应的实质 248

7．4 粘滞性流体诱发的裂纹闭合 250

7．4．1 机制 251

7．4．2 对裂纹扩展的影响 251

7．5 相变诱发的裂纹闭合 253

7．6 疲劳裂纹闭合的基本特征 255

7．7 裂纹闭合的定量化处理问题 256

7．8 疲劳裂纹的偏折 258

7．8．1 线弹性分析 258

7．8．2 预测结果和实验观察 262

7．9 其它阻滞机制 265

7．9．1 复合材料中的裂纹桥接 266

7．9．2 裂纹顶端屏蔽 271

7．10 先进金属体系中的裂纹扩展阻滞 272

习题 274

第8章 应力集中部位的疲劳裂纹萌生和扩展 277

8．1 应力—寿命法 277

8．2 局部应变法 278

3．3 缺口疲劳的断裂力学分析 281

8．3．1 裂纹形核门槛 283

8．3．2 缺口部位的裂纹扩展 283

8．4 不扩展的拉伸疲劳裂纹 286

8．5 循环压缩中的裂纹萌生 287

8．5．1 机制 288

8．5．2 应力状态的影响 291

8．5．3 第一周循环的作用 292

习题 295

第9章 疲劳小裂纹 297

9．1 小裂纹的定义 299

9．2 相似性 300

9．3 显微组织对小裂纹扩展的影响 300

9．4 小裂纹的门槛条件 302

9．4．1 过渡裂纹尺寸 302

9．4．2 循环塑性区的临界尺寸 305

9．4．3 滑移带模型 305

9．5 小裂纹扩展的连续介质力学方法 308

9．5．1 小裂纹的近顶端场 308

9．5．2 近顶端塑性 309

9．5．3 缺口根部塑性 310

9．6 疲劳裂纹的物理微小性效应 313

9．6．1 力学效应 313

9．6．2 环境效应 315

9．7 “短裂纹问题”的起源 317

习题 319

第10章 变幅疲劳 321

10．1 变幅谱载荷 321

10．2 累积损伤概念 323

10．3．4 裂纹的偏折或分叉 323

10．3 拉伸超载的阻滞效应 324

10．3．1 塑性诱发的裂纹闭合 326

10．3．2 裂纹顶端钝化 327

10．3．3 残余压应力 327

10．3．5 近门槛的机制 329

10．3．6 其它考虑 332

10．4 压缩超载后的瞬态效应 333

10．5 载荷顺序的影响 336

10．5．1 块拉伸裁荷顺序 336

10．5．2 拉—压载荷顺序 340

10．6 寿命预测模型 341

10．6．1 屈服区模型 342

10．6．2 裂纹闭合的数值模型 343

10．6．3 工程方法 344

10．6．4 特征方法 344

习题 345

第11章 多轴疲劳 347

11．1 总寿命法 347

11．2 非同相加载 350

11．3 Ⅰ—Ⅱ复合型疲劳裂纹扩展 352

11．3．1 复合型疲劳断裂图 353

11．3．2 复合型裂纹路径 354

11．3．3 综合性短评 357

11．4 Ⅰ一Ⅲ复合型疲劳裂纹扩展 358

11．4．1 裂纹扩展特性 359

11．4．2 真实扩展阻力的估计 363

11．4．3 变幅疲劳 365

习题 366

12．1 腐蚀疲劳的机制 368

第12章 环境对疲劳行为的影响：腐蚀疲劳和蠕变疲劳 368

12．1．1 含氢气体 369

12．1．2 水介质 370

12．1．3 金属脆 372

12．2 腐蚀疲劳裂纹的形核 373

12．2．1 气体环境 373

12．2．2 水环境 374

12．3 腐蚀疲劳裂纹的扩展 376

12．3．1 腐蚀疲劳裂纹扩展类型 378

12．3．2 脆性辉纹的形成 381

12．3．3 力学因素的影响 383

12．3．4 腐蚀疲劳模型 386

12．4 低温疲劳 388

12．5 高温下的疲劳损伤和裂纹萌生 389

12．5．1 损伤的微观机制 389

12．5．2 寿命预测方法 395

12．6 高温疲劳中的裂纹扩展 398

12．6．1 高温裂纹扩展的断裂力学描述 399

12．6．2 蠕变疲劳裂纹扩展的描述 403

12．6．3 小结 405

习题 407

第13章 脆性固体的疲劳 408

13．1 脆性的分级 409

13．2 高脆性固体 411

13．2．1 机制 411

13．2．2 本构模型 413

13．2．3 高温行为 419

13．3 半脆性固体 422

13．3．1 位错塞积引起的裂纹形核 423

13．3．2 疲劳形变 426

13．4 相变韧化陶瓷 429

13．4．1 现象学 429

13．4．2 本构模型 433

13．5 陶瓷的静载行为与循环受载行为的比较 437

13．6 循环压缩下的裂纹萌生与扩展 439

13．7 拉伸疲劳裂纹前缘的循环损伤区 447

13．8 循环拉伸疲劳与拉伸一压缩疲劳 448

13．8．1 疲劳裂纹的室温扩展 449

13．8．2 高温下的疲劳裂纹扩展 453

习题 458

第14章 半晶材料和非晶材料的疲劳 461

14．1 循环应力—应变响应 467

14．1．1 循环软化 467

14．1．2 热效应 469

14．1．3 破坏模式的影响 473

14．2 应力寿命法和应变寿命法 474

14．3 疲劳裂纹扩展的描述 477

14．4 疲劳裂纹扩展机制 480

14．4．1 疲劳辉纹 480

14．4．2 非连续扩展带 483

14．4．3 银纹化与剪切流变的综合效应 487

14．4．4 剪切带 490

14．4．5 某些带普遍性的观察结果 491

14．4．6 变幅疲劳 494

14．5 金属玻璃的疲劳 494

14．6 有机复合材料的疲劳 496

14．6．1 非连续增强复合材料 496

14．6．2 连续纤维增强复合材料 499

习题 500

15．1 安全—寿命概念和失效—安全概念 502

第15章 某些设计考虑和失效事例研究 502

15．2 目标退役 503

15．3 循环计数法 505

15．4 飞机构件的疲劳失效 507

15．5 髋股骨整体部件的疲劳失效 514

习题 520

附录 一些常用的裂纹几何条件的应力强度因子 522

参考文献 528