实验断裂、损伤力学测试技术PDF电子书下载

第1篇 断裂、损伤力学基本概念 1

第1章 线弹性断裂力学 4

1.1 断裂机理 4

1.2 三种裂纹基本型态 4

1．Ⅰ型裂纹（张开型裂纹） 4

2．Ⅱ型裂纹（滑开型裂纹） 4

3．Ⅲ型裂纹（撕开型裂纹） 5

1.3 裂纹尖端附近的应力场和应力强度因子 6

1．Ⅰ型平面裂纹尖端应力场和应力强度因子 6

2．Ⅱ型平面裂纹尖端应力场和应力强度因子 7

3．Ⅲ型平面裂纹尖端应力场和应力强度因子 8

1.4 裂纹尖端塑性区尺寸与形状和塑性区修正 9

1．VonMises屈服准则的塑性区 9

2．Irwin塑性区 10

3．Dugdale塑性区 11

1.5 线弹性断裂韧度和断裂判据 11

1．材料的断裂韧度KI？,KⅡ？,KⅢ？及断裂判据 11

2．裂纹扩展能量释放率和能量判据 11

3．Irwin断裂判据 12

4．复合型断裂判据 12

1.6 阻力曲线及判据 15

1.7 疲劳裂纹扩展速率da/dN 16

第2章 弹塑性断裂力学 18

2.1 J积分理论及判据 18

2.2 裂纹尖端张开位移 21

1．Dugdale模型 21

1．弹性范围内δ、J与K之间关系 22

2.3 δ、J与K之间关系 22

3．Wells裂纹张开位移公式 22

2．Paris裂纹张开位移？ 22

2．小范围屈服、塑性区修正δ、J与K之间关系 23

2.4 弹塑性裂纹尖端场 23

1．Ⅰ型、静止裂纹、幂硬化材料HRR奇异解 23

2．扩展裂纹、Ⅰ型、幂硬化材料GH奇异解 24

第3章 损伤力学 27

3.1 脆性损伤基本概念 28

1．损伤变量D 28

2．损伤变量D的测量方法 28

3.2 脆性损伤模型及演化 30

1．弹性固体中的突然损伤模型 30

2．蠕变损伤裂纹扩展模型 31

2．孔洞体积比条件 32

3.3 韧性材料的损伤孔洞模型 32

1．孔洞形核率方程 32

3.4 韧性材料的蠕变损伤模型 33

1．孔洞形核率 33

2．损伤演化断裂应变 34

3．无损时最低应变率 34

4．断裂时间 34

6．蠕变损伤允限 34

第4章 断裂力学试验标准试样 35

4.1 标准三点弯曲试样 36

4.2 标准紧凑拉伸试样 37

4.3 WOL型紧凑拉伸试样 38

4.5 拱形三点弯曲试样 39

4.4 圆形紧凑拉伸试样 39

4.6 短跨距三点弯曲试样 40

4.7 圆柱切口拉伸试样 40

4.8 C形拉伸试样 41

4.9 中心穿透裂纹板试样 42

4.10 双边裂纹板试样 43

4.11 单边裂纹板试样 44

4.12 恒KI试样 45

4.13 半椭圆表面裂纹拉伸试样 45

参考文献 46

第2篇 断裂、损伤参量的电测技术 49

第5章 电阻应变测量的基本原理 52

5.1 电阻应变片 52

5.2 电阻应变仪的工作原理及应用 53

5.3 电测断裂参量所用仪器 54

1．X-Y记录仪 54

2．载荷传感器（测力器） 54

3．双悬臂夹式引伸计 54

4．声发射仪 55

第6章 平面应变断裂韧度KIc测试方法 57

6.1 KI？的标准测定方法 57

1．P？点的确定 57

2．裂纹扩展量△a的确定 58

3．保证平面应变及小范围屈服的条件 58

4．试样的准备 59

5．加载速度 59

6.2 用表面裂纹试样测量KIc 60

6．试验有效性校核 60

6.3 测量KI？的其它类型试样 61

第7章 临界COD（δ？）和J积分（JIc）测试方法 62

7.1 临界COD（δ？）的测试 62

1．COD测试原理 62

2．转动因子γ的确定 63

3．临界点（裂纹开裂点）的确定 64

4．临界COD测试步骤与方法 66

7.2 J积分临界值JI？的测试 67

1．测量JI？的基本原理 67

2．测量JI？对试样尺寸的要求 68

3．多试样法测量JI？的步骤 68

4．单试样法测量JI？的步骤 69

5．阻力曲线法确定JI？ 70

第8章 平面应力断裂韧度Kc和动态、止裂断裂韧度测试方法 71

8.1 平面应力断裂韧度K？测量原理 71

1．对试样尺寸的要求 71

2．临界裂纹长度a？的确定 72

8.2 平面应力断裂韧度K？的测试方法 73

1．用COD法测量K？ 73

2．用阻力曲线法测量K？ 74

3．用P-V曲线法测定K？ 75

4．直接测量法确定K？ 75

8.3 动态断裂韧度KId、δId、JId的测试简介 75

1．用冲击试验机测试KId 76

2．用电液伺服万能试验机测试KId、δId、JId 76

8.4 止裂断裂韧度KI？的测试 78

1．止裂原理 78

2．止裂断裂韧度KI？的测试 79

第9章 裂纹扩展速率da/dN和应力腐蚀断裂韧度Kiscc的测试方法 80

9.1 疲劳裂纹扩展速率da/dN测试的基本原理 80

1．测试疲劳裂纹扩展速率da/dN的试样及标定公式 81

2．对试样尺寸的要求 82

3．da/dN的测试原理 82

9.2 疲劳裂纹扩展速率da/dN的测试步骤 82

9.3 电阻法测量高温下的da/dN 83

9.4 应力腐蚀断裂韧度KI？？？测试技术 85

1．恒载荷法测量KI？？？和da/dt 85

2．恒位移试样测量KI？？和da/dt 87

3．恒KI试样测量da/dt 88

10.2 损伤变量D的测定 89

2．试验设备 89

1．试样的形状和尺寸 89

10.1 损伤变量测量的试样和基本设备 89

第10章 损伤变量的测量方法 89

1．弹性模量法确定D 90

2．塑性应变法确定D 90

3．直接测量法确定D 90

10.3 韧性材料临界空穴扩张比参数的基本概念 91

1．V？？的基本概念 91

2．V？？的物理意义 91

10.4 韧性材料临界空穴扩张比参数V？？的测定 93

1．测量步骤 93

2．试验结果计算VGo 93

3．试验有效性校核 93

参考文献 93

第3篇 光测断裂、损伤力学试验技术 95

11.1 光弹性法确定应力强度因子的基本原理 99

1．普通光弹性基本方法 99

第11章 光弹塑性法裂纹尖端应力场和应力强度因子的测量 99

2．激光全息光弹性法 100

3．无限体裂纹尖端三维应力场 101

11.2 应力强度因子KⅠ、KⅡ的测定 102

11.3 Ⅲ型应力强度因子KⅢ的测定 104

1．切片逐次削去法 104

2．薄切片法测定KⅢ 105

11.5 三维光弹法确定SIF在工程问题中的应用 106

2．均匀拉伸平板表面裂纹形状因子近似解的评价与选优 106

1．确定反应堆压力容器接管角裂纹的SIF 106

2．材料泊松比的修正 106

1．三维模型内裂纹的制作方法 106

11.4 三维裂纹体光弹模型研究中的技术问题 106

11.6 光弹性用于动态断裂的研究 108

1．用光弹性法确定动态应力强度因子（SIF） 108

2．用光弹性法研究动态SIF与裂纹扩展速度的关系 108

11.7 光弹性法确定裂纹尖端应变能密度因子 108

11.8 光塑性法用于研究弹塑性断裂力学简介 109

第12章 云纹和云纹干涉法测量裂纹尖端场和有关断裂韧度 110

12.1 云纹和云纹干涉法的基本原理 110

1．云纹法 110

2．云纹干涉法 111

12.2 用云纹或云纹干涉法确定应力强度因子（SIF）和裂纹尖端张开位移（CTOD） 112

1．SIF的测试技术 112

2．用云纹或云纹干涉法确定裂纹体的J积分 113

1．塑性区尺寸Rp的确定 113

12.3 塑性区尺寸Rp和J积分的确定 113

2．COD的确定 113

12.4 裂纹尖端奇异场测量和理论解比较 114

1．线弹性奇异场分析 114

2．弹塑性裂纹尖端HRR奇异场试验研究 115

3．弹塑性扩展裂纹尖端GH奇异场的试验研究 118

12.5 裂纹尖端损伤参量测量 120

12.6 复合型裂纹尖端应变场的测量 121

第13章 格子法在断裂、损伤测量中的应用 122

13.1 格子法测量的基本原理 122

13.2 裂纹尖端小区域内断裂参量的测量 123

1．裂纹尖端拉伸应变ε？0的测量 123

13.3 裂纹尖端损伤区内变形场的测量 124

2．裂纹尖端张开位移CTOD的测量 124

13.4 格子法测量循环加载条件下疲劳裂纹扩展 129

13.5 大晶粒试样变形场及晶界滑错测量 130

1．晶界滑错测量 130

2．晶界增宽、孔洞形核的观测 131

第14章 光学焦散线方法确定裂纹尖端应力强度因子 132

14.1 光学焦散线法的基本原理 132

1．屏在试样前光线由前表面反射 133

2．屏在试样前光线由后表面反射 133

3．屏在试样后光线透射 133

14.2 裂纹尖端焦散线的特性 134

1．各向同性材料裂纹尖端焦散线 134

2．Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型裂纹尖端焦散线 138

3．双折射材料裂纹尖端焦散线 140

4．各向异性材料裂纹尖端焦散线 141

14.3 裂纹之间相互影响的焦散线 142

14.4 用焦散线法研究分叉裂纹问题 143

14.5 用焦散线法确定内表面裂纹尖端SIF 143

14.6 V型缺口问题的应力强度因子 145

14.7 焦散线法研究动态扩展裂纹问题 146

1．焦散线法动态测量基本原理 146

2．光学各向同性材料的焦散线特性及K？的确定 147

3．光学各向异性材料焦散线特性及K？的确定 149

4．动态焦散线确定裂纹止裂韧度KI？ 149

5．动态焦散线确定断裂韧度影响因素的讨论 151

14.8 弹塑性材料焦散线 154

1．弹塑性焦散线的基本特征 154

14.9 焦散线方法的其它应用 156

2．弹塑性焦散线确定J积分 156

第15章 全息和散斑干涉在断裂、损伤参量测量中的应用 157

15.1 全息和散斑方法的基本原理 157

1．全息干涉法 157

2．散斑干涉法 159

3．白光散斑法 161

4．全息和散斑法测量精度分析 161

15.2 全息和散斑法测量裂纹尖端三维变形场 162

1．全息、散斑法结合测量Ⅰ型裂纹尖端三维变形场 162

2．全息法测量Ⅲ型裂纹尖端变形场 162

3．裂纹尖端奇异场分析 164

15.3 全息、散斑法测量断裂力学基本参量 164

1．应力强度因子K的测量 164

4．J积分的测量 165

2．COD和CTOD的测量 165

3．COA和CTOA的测量 165

15.4 裂纹尖端颈缩区尺寸测量及塑性区分析 167

15.5 全息和散斑法测量裂纹尖端小区变形场 167

15.6 白光散斑技术在断裂参量研究中的应用 169

15.7 全息干涉在工业无损检测中的应用 170

1．夹层结构未结合区的检查 170

2．轮胎及其它压层制品缺陷的检查 171

3．金属零部件内部裂纹的检查 171

第16章 图像信息处理技术和数字散斑相关法在断裂、损伤实验研究中的应用 173

16.1 数字散斑相关法的基本原理 173

2．悬臂梁自由端加载、测量梁的挠度曲线 174

1．物体刚体平移试验 174

16.2 相移法基本原理 175

1．参考光路中加压电陶瓷反射镜实现相移 175

2．偏振实现相移 176

3．机械调节实现相移 176

4．光载波实现相移 176

5．图像处理技术多次采样实现相移 176

16.3 数字散斑相关法和相移法测量裂纹尖端变形场 176

1．数字散斑相关法测量裂纹尖端变形场 176

2．相移法测量裂纹尖端变形场 177

16.4 裂纹尖端损伤区内变形场的确定 178

16.5 损伤断裂的分形特征 179

1．分形几何基本概念 179

3．分形维数的估算 180

2．严格分形与统计分形 180

16.6 损伤断裂的分形研究 182

1．脆性断裂的分形模型 182

2．裂纹扩展速率的分形效应 183

3．断口的分形分析 183

4．分形维数与脆性损伤断裂 184

5．裂纹分叉的分形特征 185

第17章 光导纤维在断裂、损伤测试技术中的应用 187

17.1 光导纤维分类和传光原理 187

1．光导纤维分类 187

2．传像束的传像原理及其分辨率 188

3．激光束与光纤耦合物镜的选择 188

1．光导纤维在全息干涉计量中的应用 189

17.2 光导纤维和近代光力学方法结合的应用 189

2．光导纤维在散斑干涉计量中的应用 190

3．光导纤维全息、散斑法分析裂纹尖端位移场 191

4．光导纤维在云纹法中的应用 192

17.3 光导纤维作为增强材料在损伤力学测量中的应用 192

第18章 显微镜在断裂、损伤测试技术中的应用 194

18.1 电子显微镜 194

1．透射式电子显微镜 194

2．扫描电子显微镜 194

18.2 CT扫描电子显微镜 196

18.3 光学显微镜 196

1．连续变倍体视摄影显微镜 196

1．扫描声学显微镜原理 197

18.4 扫描声学显微镜 197

2．声学显微镜的应用 197

3．高放大率、实时加载、显微图像处理系统 197

2．高倍率显微投影仪 197

第19章 射线法检验与测量 201

19.1 轴射源 201

1．X射线 202

2．γ射线 202

3．中子 203

19.2 电磁辐射的衰减 204

19.3 中子束的衰减 204

19.4 射线阴影形成的原理 204

1．铸件中的缺陷 206

19.6 图像的分析与认别 206

4．中子射线照相的应用 206

3．焊接件的检测 206

2．复杂形状试样的检测 206

1．X射线或γ射线用于简单型材或板材内裂纹和缺陷的检测 206

19.5 射线照相在裂纹及缺陷检测中的应用 206

2．焊接件中的缺陷 207

第20章 激光衍射谱在断裂、损伤测式中的应用 208

20.1 衍射谱测量理论分析 208

1．相干光在粗糙表面上的散射 208

2．变形前后激光在金属表面上反射衍射谱的变化 210

20.2 衍射谱法测量多晶金属变形的弹塑性区分界线 212

1．光路与变形尺度 212

2．试样和加载 212

3．实验内容和方法 212

20.3 用激光衍射谱变化定义损伤变量D（K）及其测量 214

1．基本原理 214

2．测量方法 215

参考文献 216

第4篇 声测量在断裂、损伤测试技术中的应用物理量符号、名称及单位 221

第21章 声测量技术的基本原理 223

21.1 振动与波 223

1．振动 223

2．波动 223

21.2 声波的传播 224

1．波长 224

2．波的传播速度 224

3．声速、波长、频率之间的关系 225

21.3 超声场 225

1．近场 225

4．指向角 226

3．声压分布 226

2．远场 226

21.4 超声波的临界角 227

21.5 超声波在界面上的反射与透射 228

1．超声波的反射与透射 228

2．反射定律与折射定律 228

21.6 超声波的衰减 229

1．超声波的散射与绕射 229

2．超声波被吸收 230

3．超声波在材料中的衰减 230

第22章 声测量及应用 233

22.1 声弹性原理 233

1．平面声弹性基本原理 233

2．超弹性应力－声学效应 234

4．塑性变形对声弹性的影响 235

3．表面波应力－声学关系 235

1．加载系统 236

2．超声测量速度系统 236

3．换能器系统 236

22.2 平面声弹性测量技术 236

4．主声轴的测定 237

22.3 平面声弹性测量在应力分析中的应用 237

1．带孔板应力集中的测量 237

2．声弹性法测定断裂参数 237

3．结构体内部三维应力声弹性测量 238

4．声弹性测量残余应力 238

22.4 声发射技术研究细观断裂 239

1．声发射法评估纤维丝束的统计特性 239

2．声发射法测量层板的损伤与断裂 239

1．液面声全息术 241

22.5 声全息术及应用 241

2．扫描声全息术 243

3．声全息的应用 244

第23章 超声波探伤 246

23.1 超声波探伤原理及方法 246

1．超声波穿透法探伤 246

2．超声波脉冲反射法探伤 246

23.2 仪器和探头性能的校验 247

1．仪器特性 247

2．探头特性 248

3．检验系统特性 249

23.3 超声波探伤图形中回波的判别 250

1．没有缺陷的探伤图形 250

3．缺陷延伸度的评估 251

2．缺陷当量的评估 251

2．有缺陷时的探伤图形 251

23.4 回波高度与缺陷大小的评定 251

1．回波高度的度量 251

23.5 超声波探伤的应用 252

1．超声波探伤检查材料质量 252

2．探测设备中的缺陷 252

3．研究疲劳裂纹扩展速率 252

23.6 标准试块介绍 252

1．DIN54120K1标准试块及其在调整与校验脉冲反射式超声波探伤仪中的应用 252

2．DIN54122K2标准试块及其在调整与校验脉冲反射式超声波探伤仪中的应用 255

参考文献 257

第5篇 磁测量在断裂、损伤测试技术中的应用物理量符号、名称及单位 259

2．磁极之间的力 261

3．磁场和磁场强度 261

24.1 磁场的描述 261

1．磁极 261

第24章 磁测量的基本原理 261

4．磁力线 262

24.2 磁介质和钢材的磁性 262

1．磁介质 262

2．钢材的磁性 263

24.3 磁巴克豪生效应（MBE） 264

1．磁化曲线 264

2．磁滞回线 265

3．巴克豪生效应（BE） 265

2．磁致伸缩的逆效应 266

24.4 磁致伸缩和磁声发射 266

1．磁致伸缩 266

3．磁声发射（MAE） 268

4．应力场对磁感应强度的影响 268

24.5 漏磁通（MFL） 269

24.6 磁感生声速变化（MIVC） 270

24.7 涡流 270

第25章 磁测量在断裂、损伤测试中的应用 272

25.1 磁巴克豪生效应测试装置 272

25.2 磁巴克豪生效应的应用 273

1．MBE在内应力检测中的应用 273

2．MBE检测缺陷、表面损伤和硬化 273

3．MBE测量晶粒大小和第二相沉积物的尺寸 274

1．自平衡型九脚磁探头测量残余应力分布 275

25.3 磁致伸缩及其逆效应用于残余应力测量 275

2．磁敏感器测量平面应力 276

第26章 磁粉无损探伤 277

3．四脚探头测量结构残余应力 279

25.4 磁声发射（MAE）在结构无损检测中的应用 279

1．磁声发射测量装置 279

2．磁声发射测量单晶体在热处理过程中所发生的结构变化 280

25.5 漏磁通在磁测量中的应用 281

1．漏磁通检测设备 281

2．漏磁通在检测中的应用 282

25.6 磁感生声速变化用于无损检测 283

25.7 涡流测量的主要应用 285

2．磁粉探伤的特点 287

1．磁粉探伤原理 287

26.1 磁粉无损探伤基本原理 287

26.2 磁粉和悬浮液 288

1．磁粉 288

2．磁悬浮液 288

26.3 磁粉探伤基本设备 289

1．磁化电源 289

2．工件夹持装置 289

3．指示装置 289

4．磁粉或磁悬浮液喷洒装置 289

5．照明装置 289

6．退磁装置 289

7．标准试块和试片 289

1．连续法和剩磁法 291

26.4 磁粉探伤工艺及程序 291

2．干法与湿法 292

3．磁化规范 292

4．磁痕观察与记录 293

5．退磁 293

26.5 磁粉探伤的应用 294

1．焊接件的探伤 294

2．锻钢件的探伤 294

3．铸钢件的探伤 294

4．维修件的探伤 295

5．特殊工件的探伤检验 295

参考文献 295

常用技术资料 296