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第1章 绪论 1

§1.1　预应力和残余应力 1

§1.2　软性系数χ 1

目录 1

§1.3　弹性模数 2

§1.3.1　弹性变形及其物理本质 2

§1.3.2　广义胡克定律 3

§1.3.3　弹性模数的技术应用 3

§1.3.4　影响弹性模数的因素 4

§1.4　静拉伸下的力学性能试验 5

§1.4.2　弹性极限σe 7

§1.4.1 比例极限σp 7

§1.4.3　屈服极限σs 9

§1.4.4　伸长率和断面收缩率 11

§1.4.5　形变硬化（强化）问题 14

§1.4.6　强度极限σb 17

§1.4.7　实际断裂强度σtf 18

§1.5　鲍辛格效应 21

§1.6　拉伸—压缩循环加载 25

§1.7　高温力学性能 26

§1.7.1　蠕变现象 26

§1.7.2　蠕变曲线 27

§1.7.3　蠕变极限与持久强度 28

§1.7.4　应力松弛 29

§1.7.5　应力松弛与蠕变的关系 30

§1.8　应力—应变曲线在塑性部分的特点 31

§1.8.1　加载和卸载规律 31

§1.8.2　应力与应变之间不是单值关系 31

§1.9　静水压力试验 31

§1.10　基本假设 32

§1.11　对单向应力情况的简化模型 33

§2.2　应力概念 35

§2.1　外力和内力 35

第2章　应力分析 35

§2.3　单向应力状态 36

§2.4　双向应力状态 37

§2.4.1 只有两个相互垂直方向上的拉应力或压应力σx、σy 37

§2.4.2　纯剪应力 38

§2.4.3　一般情况 39

§2.5　三向应力状态 43

§2.5.1 只有三个垂直方向上的拉应力或压应力σx、σy、σz 43

§2.5.2　一般情况 45

§2.5.3　三向主应力的应力圆图 46

§2.6.1　应力张量 48

§2.6　应力张量及不变量 48

§2.6.2　应力张量不变量 49

§2.7　应力的分解及应力偏张量不变量 51

§2.8　应力空间及π平面 55

§2.9　平衡微分方程式 57

§2.10　坐标变换 59

第3章　弹性应变 62

§3.1　位移与应变 62

§3.2　应变张量、主应变及应变不变量 65

§3.3　应力与应变之间的常数 70

§3.3.1　纵向弹性模数E 70

§3.3.2　剪切弹性模数G 71

§3.3.3　积变模数K 72

§3.3.4　拉麦常数λ 72

§3.4　应力与应变间的关系 73

§3.4.1　以应力表示应变 73

§3.4.2　以应变表示应力 76

§3.5　坐标变换 77

§3.6　弹性应变能 78

§3.6.1　外力为拉力或压力的应变能 78

§3.6.2　外力为剪力的应变能 79

§3.6.3　一般情况 79

§3.7.1　平面应变 81

§3.7　应变圆 81

§3.7.2　三向主应变的应变圆 82

§3.8　应变的实验方法 82

§3.8.1　直角形应变花 84

§3.8.2　等角形应变花 84

§3.8.3　双直角形应变花 86

§3.8.4　直角-三角形应变花 87

第4章　失效理论 90

§4.1　材料失效的含义 90

§4.2　最大正应力理论 91

§4.3　最大正应变理论 92

§4.4　最大剪应力理论 94

§4.5　最大变形能理论 96

§4.6　最大应变能理论 100

§4.7　内摩擦理论 101

§4.8　应用各种理论计算结果的比较 103

第5章　塑性状态下的基本理论 105

§5.1　绪言 105

§5.2　塑性应力应变关系 105

§5.3　加载方式与加载、卸载准则 106

§5.3.1　加载方式 106

§5.3.2　加载、卸载准则 107

§5.4　强化模型 109

§5.4.1　等向强化模型 109

§5.4.2　随动强化模型 110

§5.4.3　混合强化模型 112

§5.5　德鲁克强化理论 113

§5.5.1　塑性应变增量矢量的方向 114

§5.5.2　屈服面必须是处处外凸的 115

§5.6　增量理论 115

§5.6.1　塑性位势理论 115

§5.6.2　理想塑性材料的本构关系——应力应变关系 117

§5.6.3　强化材料的本构关系 122

§5.7　全量理论 129

§5.7.1　简单加载，单一曲线假定 129

§5.7.2　依留申小变形理论 130

§5.7.3　亨斯基理论 131

§5.7.4　那达依理论 132

§5.8　增量理论与全量理论的比较 135

§5.8.1　理论分析 135

§5.8.2　实验研究 135

§5.8.3　汇总比较表 136

§5.9.1　按增量理论求解 138

§5.9　增量理论与全量理论的具体应用 138

§5.9.2　按全量理论求解 141

第6章　厚壁圆筒加载时屈服前的应力、应变及位移 142

§6.1　与计算有关的各种状态和条件 142

§6.1.1　厚壁圆筒受载荷前后情况 142

§6.1.2　边界条件 142

§6.1.3　材料压缩性 144

§6.1.4　材料失效条件 144

§6.2　一般情况 144

§6.3　开端条件下的应力、应变及位移 148

§6.3.1 只有内压Pi的情况 149

§6.4　闭端条件下的应力、应变及位移 154

§6.3.2　只有外压Po的情况 154

§6.4.1 只有内压Pi的情况 155

§6.4.2　只有外压Po的情况 155

§6.5　固定端条件下的应力、应变及位移 156

§6.5.1 只有内压Pi的情况 156

§6.5.2　只有外压Po的情况 157

§6.6　公式汇总表 157

第7章　理想弹塑性材料厚壁圆筒的屈服及弹塑性状态 160

§7.1　弹性屈服极限压力 160

§7.1.1　弹性屈服极限内压［Pi］ 160

§7.1.2　弹性屈服极限外压 162

§7.1.3　开端条件各种失效理论的弹性屈服极限内压 165

§7.1.4　开端条件，各种失效理论，受内外压时厚壁圆筒弹性屈服极限压力［Pi］ 166

§7.2　受内压加载时弹塑性厚壁圆筒的应力、应变及位移 168

§7.2.1　弹性区（ρ≤r≤ro） 169

§7.2.2 塑性区（ri≤r≤ρ） 171

§7.3　受内压厚壁圆筒无反向屈服时卸载和残余应力、应变及位移 182

§7.3.1　弹性区（ρ≤r≤ro） 183

§7.3.2　塑性区（ri≤r≤ρ） 186

§7.4　受内压厚壁圆筒有反向屈服时卸载和残余应力、应变及位移 188

§7.4.1　反向屈服与鲍辛格效应 188

§7.4.2　非反向屈服区（ρ′≤r≤ro）卸载时的应力、应变及位移 193

§7.4.3　非反向屈服区（ρ′≤r≤ro）的残余应力、应变及位移 194

§7.4.4　反向屈服区（ri≤r≤ρ′）卸载时的应力、应变及位移 195

§7.4.5　反向屈服区（ri≤r≤ρ′）残余应力、应变及位移 197

§7.5 自紧时产生反向屈服的条件 199

§7.6　最佳自紧 202

§7.6.1　合成应力σc 202

§7.6.2　等效应力？ 211

§7.6.3　最佳自紧参数的确定 218

§7.6.4　允许的自紧压力Pap 223

§7.6.5　考虑安全因素s时任意自紧情况下允许的工作压力Pwp 226

§7.6.6 自紧压力与厚壁圆筒外径处应变间的关系 227

§7.6.7　计算程序方框图 236

§7.6.8　计算举例 246

§7.7　厚壁圆筒自紧后承载能力的提高 250

§7.7.1　以自紧厚壁圆筒最大弹性承载压力与未自紧厚壁圆筒的弹性屈服极限内压作比较 250

§7.7.2 以常用的自紧厚壁圆筒承载能力与未自紧厚壁圆筒的弹性屈服极限内压作比较 252

§7.8 自紧度、内膛永久扩大百分比、永久扩大比 253

§7.8.1 自紧度 253

§7.8.2　内膛永久扩大百分比 259

§7.8.3　永久扩大比 260

§7.9　计算举例 264

§8.1　基本方程式 274

第8章　强化弹塑性材料厚壁圆筒的弹塑性状态分析 274

§8.2　问题的简化 276

§8.3　弹塑性加载时的应力、应变及位移 277

§8.3.1　弹性区（ρ≤r≤ro） 277

§8.3.2　塑性区（ri≤r≤ρ） 278

§8.4　无反向屈服时卸载及残余应力、应变及位移 281

§8.4.1　卸载的应力、应变及位移 281

§8.4.2　卸载后残余应力、应变及位移 283

§8.5　有反向屈服时的弹塑性卸载 286

§8.5.1　非反向屈服区（ρ′≤r≤ro）卸载时的应力、应变及位移 286

§8.5.2　反向屈服区（ri≤r≤ρ′） 287

§8.6　有反向屈服时卸载后的残余应力、应变及位移 290

§8.6.2　中间区（ρ′≤r≤ρ） 291

§8.6.1　弹性区（ρ≤r≤ro） 291

§8.6.3　反向屈服区（ri≤r≤ρ′） 292

§8.7　不发生反向屈服的临界自紧压力及临界条件 294

§8.8　反向屈服区半径ρ′的求解 299

§8.9　强化系数对应力的影响 305

§8.9.1　强化系数M、m对反向屈服区界面半径ρ′数值的影响 305

§8.9.2　强化系数M、m及ρ′对周向残余应力的影响 317

§8.10　强化弹塑性材料厚壁圆筒公式与理想弹塑性厚壁圆筒公式间的关系 329

§8.10.1　无反向屈服时 329

§8.10.2 有反向屈服时 330

§8.11.1　弹塑性厚壁圆筒情况 332

§8.11　计算举例 332

§8.11.2　全塑性厚壁圆筒情况 333

§8.11.3　计算结果 334

第9章　机械自紧 344

§9.1　受力模型分析 344

§9.1.1　挤扩头形状 344

§9.1.2　挤扩时厚壁圆筒受力和变形情况 345

§9.2　厚壁圆筒应力分析计算 347

§9.2.1　基本公式 347

§9.2.2　加载应力 348

§9.2.3　卸载应力 351

§9.2.4　残余应力 352

§9.3　位移和应变计算 357

§9.3.1　加载位移和应变 357

§9.3.2　卸载回弹量公式 359

§9.3.3　残余位移 360

§9.3.4　过盈量分析 365

§9.3.5　厚壁圆筒外表面应变和弹塑性区界面处半径的关系 372

§9.3.6　厚壁圆筒毛坯尺寸和过应变百分数的确定 373

§9.4　挤扩头推力计算 373

§9.4.1　挤扩头推力与过盈量间的关系 378

§9.4.2　挤扩头推力与过应变百分数间的关系 381

§9.4.3　挤扩头推力与半径比间的关系 383

§9.4.4　挤扩头推力与前锥角间的关系 383

§9.4.5　挤扩头推力与摩擦系数间的关系 383

§9.5　格拉汉—克拉克对机械自紧残余应力的研究 385

§9.5.1　假设条件 385

§9.5.2　应力 386

§9.5.3　试验实例 389

§9.5.4　分析意见和结论 392

§9.5.5　周向残余应力比较 394

§9.6　讨论 396

§10.1.1 自紧厚壁圆筒内外表面情况 397

§10.1 自紧厚壁圆筒内外表面均匀切削加工后的残余应力 397

第10章 自紧厚壁圆筒切削加工及不连续性对应力场的影响 397

§10.1.2 自紧厚壁圆筒内外表面加工后求新残余应力的基本假设 398

§10.1.3　计算用公式 399

§10.1.4　无反向屈服厚壁圆筒按先外后内的加工顺序 401

§10.1.5　无反向屈服厚壁圆筒按先内后外的加工顺序 403

§10.1.6　有反向屈服厚壁圆筒按先外后内的加工顺序 405

§10.1.7　有反向屈服厚壁圆筒按先内后外的加工顺序 406

§10.1.8　讨论 408

§10.2.1　理论分析 415

§10.2　厚壁圆筒自紧后加工内外表面对承载能力的影响 415

§10.2.2　试件准备 416

§10.2.3　试验程序 416

§10.2.4　数据分析 416

§10.2.5　未加工厚壁圆筒的承载能力 417

§10.2.6　加工外表面 418

§10.2.7　加工内表面 421

§10.2.8　计算结果汇总和结论 422

§10.3　镗削法测量自紧厚壁圆筒的残余应力 424

§10.3.1　镗削法测量残余应力的理论根据 424

§10.3.2　实验数据举例 426

§10.4.1 圆环切口法测量的理论根据 430

§10.4　圆环切口法测量自紧厚壁圆筒残余应力和过应变百分数 430

§10.4.2　圆环切口法实验 437

§10.5 自紧厚壁圆筒钻横孔对应力场的影响 439

§10.5.1　计算的理论根据 439

§10.5.2　计算举例 439

§10.5.3　讨论 444

§10.6 自紧厚壁圆筒铣缺口时对应力场的影响 445

§10.6.1　厚壁圆筒内的弹性热应力场 445

§10.6.2　用热应力场模拟部分自紧厚壁圆筒的残余应力 445

§10.6.3　厚壁圆筒内部有切槽的残余应力分布 452

§10.6.4　厚壁圆筒外表有切槽的残余应力分布 454

§11.1.1　裂纹的定义 462

§11.1.2　裂纹分类 462

第11章　工程断裂力学在自紧厚壁圆筒上的应用 462

§11.1　裂纹 462

§11.1.3　裂纹对材料强度的影响 463

§11.2　线弹性断裂力学 465

§11.2.1　能量释放率断裂理论 465

§11.2.2　应力强度因子断裂理论 466

§11.2.3　G′与K的关系 468

§11.2.4　裂纹尖端小范围屈服及修正 468

§11.2.5　工程构件应力强度因子KI的确定 470

§11.3　弹塑性断裂力学 471

§11.3.2　J积分 472

§11.3.1　裂纹张开位移理论 472

§11.4　疲劳现象 473

§11.4.1　疲劳裂纹的形成 473

§11.4.2　裂纹扩展 474

§11.4.3　疲劳裂纹扩展速率 478

§11.4.4　应变疲劳 481

§11.4.5　疲劳寿命估算 482

§11.5　应力腐蚀 484

§11.5.1　腐蚀机理 485

§11.5.2　裂纹处的应力腐蚀 485

§11.6.1　疲劳应力集中系数Kf 486

§11.5.3　KIscc及da/dt 486

§11.6　应力集中 486

§11.6.2　缺口应力的牛柏分析 487

§11.6.3　彼得森估算Kf的缺口敏感性曲线 488

§11.7　厚壁圆筒裂纹的应力强度因子KI 489

§11.7.1　有关公式 490

§11.7.2　应力强度因子的叠加法 491

§11.7.3　应力强度因子KIR（KIA）的有关数据 494

§11.8 自紧厚壁圆筒外表面切槽的疲劳寿命预测 498

§11.8.1　疲劳寿命预测程序 498

§11.8.3　讨论 501

§11.8.2　疲劳寿命预测结果 501

§11.9.1　多裂纹的影响 502

§11.9 自紧厚壁圆筒裂纹的影响和疲劳寿命 502

§11.9.2　具有直前裂纹厚壁圆筒疲劳寿命的计算和模拟试验 513

§11.9.3　一种简化的厚壁圆筒疲劳寿命预测方法 517

§11.9.4　美国华特夫里特兵工厂对175mmM113型加农炮炮身脆性断裂事故的试验研究和改进措施 520

§12.1.2　构件在高温环境下工作 546

§12.2 自紧毛胚的设计 546

§12.2.1　按工作压力计算零件安全因素和理论自紧长度 546

§12.1.1　构件在常温环境下工作 546

§12.1　构件材料的力学性能试验 546

第12章 自紧工艺 546

§12.2.2　确定毛坯的实际自紧长度 547

§12.2.3　确定成品的过应变百分数 547

§12.2.4　计算毛坯的过应变百分数 548

§12.2.5　计算毛坯的自紧压力 548

§12.2.6　计算半径过盈量δ和推力P 548

§12.2.7 自紧毛坯内外径的确定 549

§12.2.8 自紧毛坯自紧前后的处理 549

§12.3　密封结构 549

§12.3.1　产品密封结构 549

§12.3.2　工艺密封结构 553

§12.4.1　工艺方法 555

§12.4　液压自紧 555

§12.4.2　液压介质 557

§12.4.3　液压自紧场地 557

§12.4.4　液压自紧设备 557

§12.5　机械自紧 557

§12.5.1　机械自紧工艺方式的选择 557

§12.5.2　机械自紧身管工序的编制 559

§12.5.3　润滑问题 559

§12.5.4　自紧工序操作、检验和事故处理 560

§12.5.5　机械自紧设备 561

§12.5.6　机械自紧工装 564

§12.5.7　橄榄形挤扩头的应力分析 567

§12.6　爆炸自紧 575

§12.6.1　爆炸自紧的一般情况 575

§12.6.2　缩小尺寸的模拟试验 575

§12.6.3　105mm身管的全尺寸试验 577

§12.6.4　爆炸自紧原理在火炮生产中的具体应用 578

§12.6.5　结论 578

第13章　复合筒 580

§13.1　厚壁圆筒的应力情况 580

§13.2　提高厚壁圆筒承载能力的理论依据 581

§13.3.1　产生套合压力的方法 582

§13.3 2层复合筒的紧缩量和套合压力 582

§13.3.2　紧缩量和套合压力（无内压Pi） 584

§13.4 2层复合筒的优化设计 587

§13.4.1　不同材料、不同屈服极限，内筒为空心筒 587

§13.4.2　不同材料、同样屈服极限，内筒为空心筒 588

§13.4.3　同样材料、同样屈服极限，内筒为空心筒 588

§13.4.4　同样材料、同样屈服极限，内筒为实心轴 588

§13.4.7　同样材料、不同屈服极限，内筒为实心轴 589

§13.5 2层复合筒的应力分析 589

§13.5.1　无内压时套合压力引起的应力 589

§13.4.6　不同材料、不同屈服极限，内筒为实心轴 589

§13.4.5　同样材料、不同屈服极限，内筒为空心筒 589

§13.5.2 2层复合筒承受内压时应力分布情况 592

§13.6 2层复合筒的屈服极限压力 594

§13.6.1 2层复合筒的弹性屈服极限压力〔Pi〕 594

§13.6.2 2层复合筒的可能屈服极限压力〔Pi〕 594

§13.6.3 计算举例 595

§13.7 多层复合筒的等强度设计 597

§13.7.1　计算应用的基本假设和公式 597

§13.7.2　任意相邻筒间的数据 598

§13.7.3　各层间套合压力和紧缩量 599

§13.7.4 3层复合筒计算举例 602

§13.7.5　讨论 605

参考文献 606