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第1章 绪论 1

1.1 断裂力学的产生和发展 1

1.2 断裂力学的研究对象 6

1.3 断裂力学的研究内容 7

参考文献 8

第2章 线弹性断裂力学 10

2.1 线弹性裂纹尖端场 11

2.1.1 含裂纹体平面问题的复变函数解法 11

2.1.2 无限大板含中心裂纹时的应力场和位移场 14

2.2 应力强度因子 18

2.2.1 应力强度因子的定义和物理含义 18

2.2.2 应力强度因子的计算方法 21

2.2.3 有限尺寸对应力强度因子的影响 25

2.3 能量原理 28

2.3.1 能量释放率 28

2.3.2 能量释放率G的计算或确定 31

2.3.3 能量释放率G与应力强度因子K的关系 33

2.4 脆性断裂的K准则 34

2.4.1 断裂韧度 34

2.4.2 脆性断裂与准脆性断裂 35

2.5 裂纹顶端的塑性区 38

2.5.1 Irwin塑性区模型 38

2.5.2 应力松弛的修正 39

2.5.3 等效裂纹长度与应力强度因子的修正 40

2.5.4 Dugdale模型 41

2.5.5 塑性区形状 43

2.5.6 平面应力状态和平面应变状态的对比 47

2.5.7 塑性约束系数 49

2.5.8 厚度效应 51

2.6 平面应力断裂和R曲线 54

2.7 平面应力问题的工程概念 57

2.7.1 表观断裂韧性 57

2.7.2 Feddersen分析方法 58

习题 60

参考文献 60

第3章 复合型脆性断裂 61

3.1 最大环向拉应力理论 61

3.2 能量释放率理论 64

3.3 应变能密度因子理论 67

3.3.1 拉伸载荷（Ⅰ型） 69

3.3.2 面内剪切载荷（纯Ⅱ型） 70

3.3.3 离面剪切（纯Ⅲ型） 72

3.3.4 复合型 73

3.4 复合型脆性断裂的工程判据 74

3.4.1 直线型 75

3.4.2 二次曲线（椭圆）型 75

3.4.3 高次曲线型 75

习题 76

参考文献 77

第4章 弹塑性断裂力学 78

4.1 J积分理论 78

4.1.1 J积分定义及其守恒性 79

4.1.2 线弹性条件下J积分与K和G的关系 81

4.1.3 J积分的能量表达式 83

4.1.4 裂纹尖端弹塑性场——渐近解 90

4.1.5 J主导和J控制裂纹扩展 91

4.1.6 J积分准则及其应用 93

4.2 裂纹顶端张开位移（COD） 94

4.2.1 COD定义 95

4.2.2 COD准则 96

4.2.3 按Irwin塑性区求COD 97

4.2.4 Dugdale模型与裂纹张开位移 97

4.2.5 COD设计曲线 100

4.3 J积分与COD的关系 102

4.4 稳定扩展的裂纹 102

4.4.1 J阻力曲线和撕裂模量 103

4.4.2 裂纹尖端张开角 107

习题 109

参考文献 110

第5章 断裂力学实验 112

5.1 平面应变断裂韧度KIC的测试 112

5.1.1 测试原理和方法 112

5.1.2 试样和试验装置 113

5.1.3 试验程序 115

5.1.4 试验结果处理和KIC有效性判断 115

5.2 表面裂纹断裂韧度KIe的测试 116

5.2.1 测试原理和方法 117

5.2.2 试样 118

5.2.3 KIe有效性判断 119

5.2.4 KIe的应用 119

5.3 平面应力断裂韧度KC的测试 119

5.3.1 ［COD］法 120

5.3.2 R曲线法 121

5.4 应力强度因子K的柔度标定法 123

5.4.1 柔度标定法的原理 123

5.4.2 柔度标定法的具体步骤 124

5.5 临界裂纹张开位移δc的测试 125

5.5.1 测试原理和方法 125

5.5.2 V和δ的换算关系 125

5.5.3 临界点的确定 126

5.5.4 确定起裂点的电位法 127

5.6 临界J积分值JIC的测定 128

5.6.1 单试样法测试JIc 128

5.6.2 JR阻力曲线法 130

习题 133

参考文献 134

第6章 疲劳裂纹扩展 135

6.1 概述 135

6.1.1 疲劳破坏的特点 135

6.1.2 疲劳裂纹扩展机理和裂纹扩展过程 135

6.2 恒幅疲劳载荷下裂纹的扩展规律 137

6.2.1 疲劳裂纹扩展速率的概念 137

6.2.2 疲劳裂纹扩展规律 138

6.2.3 疲劳裂纹扩展速率的实验研究 138

6.2.4 疲劳裂纹扩展速率的表达式 139

6.3 影响疲劳裂纹扩展的主要因素 141

6.3.1 应力比R（或平均应力σm）的影响 141

6.3.2 环境影响 145

6.3.3 加载频率的影响 147

6.3.4 材料厚度的影响 147

6.3.5 应力强度因子变程△K很高和很低时裂纹扩展速率的特点 148

6.3.6 超载的影响 149

6.4 变幅载荷下裂纹扩展分析 149

6.4.1 变幅载荷下疲劳裂纹扩展的特点 149

6.4.2 考虑超载迟滞效应的计算模型 153

6.4.3 裂纹扩展寿命的计算 160

6.5 小裂纹疲劳扩展的特点 160

6.5.1 小（短）裂纹的定义和疲劳裂纹扩展的特点 160

6.5.2 小裂纹扩展速率的工程估算方法 162

6.5.3 疲劳全寿命预测方法简介 165

6.6 应力腐蚀和腐蚀疲劳裂纹扩展 168

6.6.1 应力腐蚀 168

6.6.2 腐蚀疲劳裂纹扩展 172

6.6.3 腐蚀疲劳裂纹扩展速率的计算公式 175

6.6.4 腐蚀疲劳裂纹扩展寿命的计算 178

6.7 应变疲劳 178

习题 179

参考文献 180

第7章 断裂力学在金属结构设计中应用 182

7.1 飞机结构损伤容限设计［1-3］ 182

7.1.1 损伤容限设计概念 183

7.1.2 结构损伤容限设计要求和损伤容限结构类型 185

7.1.3 损伤容限设计内容和步骤 189

7.1.4 损伤容限设计实例 197

7.2 焊接结构断裂安全设计［4,5］ 208

7.2.1 焊接结构的特点 208

7.2.2 焊接结构脆断的断裂力学分析 211

7.2.3 焊接结构（零件或构件）疲劳裂纹扩展寿命估算 215

7.2.4 焊接结构的脆断温度 215

7.3 压力容器与管子的断裂安全设计 217

7.3.1 压力容器的脆性断裂 218

7.3.2 压力容器的韧性断裂 221

7.3.3 断裂前渗漏设计 222

习题 226

参考文献 226