应用断裂力学PDF电子书下载

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引言 10

2.2线弹性裂纹尖端场 11

2.2.1含裂纹体平面问题的复变函数解法 11

2.2.2无限大板含中心裂纹时的应力场和位移场 14

2.3应力强度因子 18

2.3.1应力强度因子的定义和物理含意 18

2.3.2几种典型裂纹的应力强度因子 21

2.3.3有限尺寸对应力强度因子的影响 23

2.4能量原理 26

2.4.1能量释放率 26

2.4.2能量释放率G的计算或确定 28

2.4.3能量释放率G与应力强度因子K的关系 30

2.5脆性断裂的K准则 31

2.5.1断裂韧度 32

2.5.2脆性断裂与准脆性断裂 33

2.6裂纹顶端的塑性区 34

2.6.1 Irwin塑性区模型 35

2.6.2应力松弛的修正 35

2.6.3等效裂纹长度与应力强度因子的修正 36

2.6.4 Dugdale模型 37

2.6.5塑性区形状 39

2.6.6平面应力状态和平面应变状态的对比 43

2.6.7塑性约束系数 46

2.6.8厚度效应 47

2.7平面应力断裂和R曲线 50

2.8平面应力问题的工程概念 54

2.8.1表观断裂韧性 54

2.8.2 Feddersen分析方法 55

习题 57

参考文献 57

第3章 应力强度因子的各种计算方法 58

3.1普遍形式的复变函数法 58

3.1.1 Kolosov-Muskhelishvili应力函数 58

3.1.2Ⅰ、Ⅱ复合型裂纹的应力强度因子 59

3.1.3复变函数法的特点与应用范围 61

3.2边界配置法 61

3.2.1 Williams应力函数 62

3.2.2边界配置过程 63

3.2.3边界配置法的特点 64

3.3有限元法 64

3.3.1直接法 65

3.3.2间接法 72

3.4权函数法 73

3.4.1二维裂纹问题的权函数解法 74

3.4.2裂纹面位移的求解 74

3.4.3权函数的确定 76

3.4.4应力强度因子的求解 77

3.4.5应用实例 79

3.4.6三维裂纹问题的权函数解法 81

3.5能量差率解法 81

3.5.1应力强度因子与裂纹张开位移的关系 82

3.5.2能量差率方程 83

3.5.3微分方程的封闭解 85

3.5.4裂纹张开位移模态 86

3.6叠加法和组合法 87

3.6.1叠加法 88

3.6.2组合法 89

习题 91

参考文献 92

第4章 复合型脆性断裂 94

4.1概述 94

4.2最大环向拉应力理论 94

4.3能量释放率理论 97

4.4应变能密度因子理论 99

4.5复合型脆性断裂的工程判据 107

习题 109

参考文献 110

第5章 弹塑性断裂力学 111

5.1引言 111

5.2 J积分理论 111

5.2.1 J积分定义及其守恒性 112

5.2.2线弹性条件下J积分与K和G的关系 114

5.2.3 J积分的能量表达式 116

5.2.4裂纹尖端弹塑性场——渐近解 123

5.2.5 J主导和J控制裂纹扩展 125

5.2.6 J积分准则及其应用 127

5.3裂纹顶端张开位移（COD） 128

5.3.1 COD定义 129

5.3.2 COD准则 130

5.3.3按Irwin塑性区求COD 131

5.3.4 Dugdale模型与裂纹张开位移 132

5.3.5 COD设计曲线 135

5.4 J积分与COD的关系 137

5.5稳定扩展的裂纹 137

5.5.1 J阻力曲线和撕裂模量 138

5.5.2裂纹尖端张开角 142

习题 144

参考文献 145

第6章 动态断裂力学基础 147

6.1概述 147

6.2裂纹扩展速度和动能 147

6.3裂纹快速扩展的力学参数 149

6.3.1动态应力强度因子 149

6.3.2动态能量释放率 151

6.3.3 Gdyn （t）和K dyn （t）的关系 152

6.3.4动态围路积分JdynI 153

6.4裂纹的动态起始扩展 154

6.5动态断裂韧度和快速扩展断裂判据 156

6.5.1动态断裂韧度 156

6.5.2裂纹快速扩展断裂判据 158

6.5.3裂纹快速扩展的预测 158

6.6裂纹的分岔 160

6.6.1能量释放率判据 160

6.6.2应变能密度因子判据 161

6.6.3应力强度因子判据 161

6.7快速扩展裂纹的止裂 162

6.7.1止裂理论中的动态观点 162

6.7.2止裂理论中的准静态观点 163

6.7.3能量的观点 164

习题 165

参考文献 166

第7章 断裂力学实验 168

7.1平面应变断裂韧度KIc的测试 168

7.1.1测试原理和方法 168

7.1.2试样和试验装置 169

7.1.3试验程序 171

7.1.4试验结果处理和KIc有效性判断 172

7.2表面裂纹断裂韧度KIe的测试 173

7.2.1测试原理和方法 173

7.2.2试样 175

7.2.3 KIe有效性判断 175

7.2.4 KIe的应用 175

7.3平面应力断裂韧度Kc的测试 176

7.3.1 [COD]法 176

7.3.2 R曲线法 178

7.4应力强度因子K的柔度标定法 179

7.4.1柔度标定法的原理 180

7.4.2柔度标定法的具体步骤 180

7.5临界裂纹张开位移δc的测试 181

7.5.1测试原理和方法 181

7.5.2 Vc和δc的换算关系 182

7.5.3临界点的确定 183

7.5.4确定起裂点的电位法 183

7.6临界J积分值J Ic的测定 184

7.6.1单试样法测试J Ic 184

7.6.2 JR阻力曲线法 186

习题 190

参考文献 190

第8章 疲劳裂纹扩展 191

8.1概述 191

8.1.1疲劳破坏的特点 191

8.1.2疲劳裂纹扩展机理和裂纹扩展过程 191

8.2恒幅疲劳载荷下裂纹的扩展规律 193

8.2.1疲劳裂纹扩展速率的概念 193

8.2.2疲劳裂纹扩展规律 194

8.2.3疲劳裂纹扩展速率的实验研究 194

8.2.4疲劳裂纹扩展速率的表达式 195

8.3影响疲劳裂纹扩展的主要因素 197

8.3.1应力比R（或平均应力σm）的影响 197

8.3.2环境影响 201

8.3.3加载频率的影响 203

8.3.4材料厚度的影响 203

8.3.5应力强度因子变程△K很高和很低时裂纹扩展速率的特点 204

8.3.6超载的影响 205

8.4变幅载荷下裂纹扩展分析 205

8.4.1变幅载荷下疲劳裂纹扩展的特点 205

8.4.2考虑超载迟滞效应的计算模型 209

8.4.3裂纹扩展寿命的计算 216

8.5小裂纹疲劳扩展的特点 217

8.5.1小（短）裂纹的定义和疲劳裂纹扩展的特点 217

8.5.2小裂纹扩展速率的工程估算方法 219

8.5.3疲劳全寿命预测方法简介 222

8.6应变疲劳 225

习题 226

参考文献 227

第9章 应力腐蚀开裂与腐蚀疲劳裂纹扩展 229

9.1引言 229

9.2应力腐蚀开裂和应力腐蚀裂纹扩展的特征 229

9.2.1历史回顾 229

9.2.2应力腐蚀开裂 230

9.2.3应力腐蚀开裂的三要素 230

9.2.4应力腐蚀裂纹扩展速率 232

9.2.5应力腐蚀开裂控制措施 238

9.3腐蚀疲劳裂纹扩展 238

9.3.1腐蚀疲劳 238

9.3.2腐蚀疲劳裂纹扩展的特点 239

9.3.3腐蚀疲劳裂纹扩展速率的计算 243

9.3.4腐蚀疲劳裂纹扩展寿命的计算 245

9.3.5腐蚀疲劳裂纹扩展速率试验 246

9.3.6抗腐蚀疲劳开裂设计 247

习题 248

参考文献 248

第10章 断裂力学在金属结构设计中的应用 249

10.1飞机结构损伤容限设计 249

10.1.1损伤容限设计概念 249

10.1.2结构损伤容限设计要求和损伤容限结构类型 251

10.1.3损伤容限设计的内容和步骤 256

10.1.4损伤容限设计实例 263

10.2焊接结构断裂安全设计 278

10.2.1焊接结构的特点 279

10.2.2焊接结构脆断的断裂力学分析 281

10.2.3焊接结构（零件或构件）疲劳裂纹扩展寿命估算 286

10.2.4焊接结构的脆断温度 286

10.3压力容器与管子的断裂安全设计 288

10.3.1概述 288

10.3.2压力容器的脆性断裂 289

10.3.3压力容器的韧性断裂 292

10.3.4破裂前渗漏设计 293

10.4飞机金属结构耐久性设计 297

10.4.1耐久性设计概念 297

10.4.2断裂力学在耐久性设计中的应用 299

习题 305

参考文献 305

第11章 复合材料损伤与断裂 306

11.1复合材料损伤与损伤特性 306

11.2断裂力学在复合材料中的应用 316

11.2.1各向异性材料断裂力学 317

11.2.2各向异性和正交各向异性弹性力学基本方程 317

11.2.3含裂纹复合材料板裂纹尖端附近应力场和位移场 320

11.2.4不同材料的界面附近或界面上的裂纹 322

11.2.5能量释放率G及J积分 325

11.2.6复合材料的断裂韧度测定 326

11.3复合材料结构的剩余强度分析 328

11.3.1拉伸载荷情况下的结构剩余强度分析 328

11.3.2复合材料层板冲击损伤及剩余强度估算 331

11.4分层损伤 336

11.4.1层间应力 336

11.4.2层间断裂力学 337

11.4.3含分层层压板的剩余强度估算 338

11.4.4分层损伤扩展分析 342

11.5复合材料结构的疲劳特性 345

11.5.1复合材料层压板的疲劳特性 345

11.5.2疲劳寿命估算方法 345

习题 349

参考文献 349

附 录 动态断裂分析中常用到的弹性波 350