结构与材料的疲劳 原书第2版PDF电子书下载

第1章 结构与材料的疲劳——引言 1

1.1关于本书的内容 4

1.2关于本书的使用 5

1.3关于本书所附的光盘 6

参考文献 7

第1部分 恒幅载荷下的疲劳 11

第2章 材料中的疲劳现象 11

2.1引言 11

2.2疲劳寿命的不同阶段 11

2.3裂纹起始 12

2.4裂纹扩展 14

2.5关于疲劳机制的更详细论述 16

2.5.1材料的晶体学本质 18

2.5.2夹杂处的裂纹起始 19

2.5.3小裂纹、裂纹扩展阻滞、裂纹扩展门槛 22

2.5.4裂纹核的数量 24

2.5.5表面影响 27

2.5.6宏观裂纹扩展与疲劳条纹 30

2.5.7环境影响 33

2.5.8循环拉伸和循环扭转 36

2.6疲劳断裂的特征 37

2.6.1微观特征 38

2.6.2宏观特征 39

2.7本章要点 43

参考文献 43

第3章 缺口处的应力集中 47

3.1引言 47

3.2应力集中系数Kt的定义 48

3.3应力集中的解析计算 49

3.3.1应力梯度 51

3.3.2沿缺口边缘的应力梯度 53

3.4缺口几何形状对Kt的影响 54

3.5应力集中的另外一些方面 61

3.5.1纯剪切 61

3.5.2双轴载荷 61

3.5.3开孔的增强措施 63

3.6缺口的叠加 63

3.7确定应力集中的方法 65

3.8本章要点 68

参考文献 68

第4章 残余应力 71

4.1引言 71

4.2残余应力的不同来源 72

4.2.1不均匀的塑性变形 73

4.2.2加工工艺 74

4.2.3喷丸强化 75

4.2.4塑性胀孔 76

4.2.5热处理 76

4.2.6装配应力 77

4.3残余应力的测量或计算 78

4.4高载荷后缺口处残余应力的估算 78

4.5如何去除残余应力 81

4.6本章要点 82

参考文献 82

第5章 裂纹应力强度因子 84

5.1引言 84

5.2各种类型的裂纹 85

5.3应力强度因子的定义 86

5.4应力强度因子实例 88

5.4.1无限多条共线裂纹 89

5.4.2中心裂纹拉伸试样 90

5.4.3边缘裂纹 91

5.4.4孔边裂纹 92

5.4.5裂纹边缘受载 94

5.4.6紧凑拉伸试样 96

5.5通过叠加得到应力强度因子K 97

5.6前缘为曲线的裂纹 99

5.7裂纹张开与应力状态 101

5.8裂纹尖端塑性 104

5.9若干能量考虑 106

5.10应力强度因子的确定 107

5.11相似性概念和应力强度因子K的应用 108

5.12本章要点 109

参考文献 110

第6章 疲劳性能 113

6.1引言 113

6.2光滑试样疲劳性能描述 114

6.2.1 S-N曲线 115

6.2.2疲劳图 117

6.3光滑试样疲劳强度的若干总体方面 119

6.3.1疲劳极限Sf和抗拉强度Su的关系 119

6.3.2平均应力影响 121

6.3.3光滑试样的尺寸效应 122

6.3.4载荷类型，拉伸、弯曲、扭转 125

6.3.5复合加载 127

6.4低周疲劳 129

6.5本章要点 133

参考文献 134

第7章 缺口试样的疲劳强度 137

7.1引言 137

7.2缺口试样的疲劳极限，Sm =0 138

7.2.1相似性原理与缺口敏感性 138

7.2.2缺口试样疲劳极限的尺寸效应 139

7.3缺口试样的疲劳极限，Sm 〉0 145

7.4循环扭转下的缺口效应 150

7.5复合加载情况下疲劳极限的缺口效应 152

7.6表面光洁度的重要性 153

7.7关于疲劳极限预测的讨论 156

7.7.1连杆，Sm=0 156

7.7.2起重杆构件，Smin =0， R=0 157

7.7.3带肩部圆角的轴的旋转弯曲 158

7.7.4对疲劳极限预测的若干一般性评论 160

7.8缺口试样的S-N曲线 160

7.9本章要点 164

参考文献 165

第8章 疲劳裂纹扩展——分析与预测 166

8.1引言 166

8.2疲劳裂纹扩展性能描述 167

8.2.1试验结果 167

8.2.2应力强度因子与相似性概念 168

8.2.3恒ΔK试验 172

8.3疲劳裂纹扩展区 172

8.3.1门槛值区 172

8.3.2 Paris区 176

8.3.3稳态撕裂扩展区 177

8.4裂纹闭合 178

8.4.1塑性诱发的裂纹闭合和ΔKeff 178

8.4.2平面应变/平面应力 182

8.4.3厚度对疲劳裂纹扩展的影响 184

8.4.4其他的裂纹闭合机理 184

8.5不同材料的裂纹扩展数据 185

8.6疲劳裂纹扩展预测 190

8.6.1若干基本方面 190

8.6.2穿透裂纹的裂纹扩展预测 193

8.6.3部分穿透裂纹扩展的预测 196

8.6.4最后的评论 199

8.7本章要点 200

参考文献 201

第2部分 载荷谱与变幅载荷下的疲劳 209

第9章 载荷谱 209

9.1引言 209

9.2加载于服役结构中的不同载荷类型 210

9.3载荷历程的描述 214

9.3.1穿级计数法 214

9.3.2扁平和陡峭的载荷谱 217

9.3.3变程计数法 218

9.3.4雨流计数法 219

9.3.5关于计数法更多的评论 221

9.3.6随机高斯过程 223

9.4载荷谱的确定 225

9.4.1定性的方法 225

9.4.2定量的方法 227

9.5服役-模拟疲劳试验与载荷谱 230

9.6本章要点 233

参考文献 234

第10章 变幅载荷下的疲劳 237

10.1引言 237

10.2 Miner准则 238

10.2.1低于疲劳极限应力幅值的载荷循环的影响 239

10.2.2缺口根部塑性的影响 240

10.2.3断裂时的裂纹长度 242

10.2.4 Miner准则的基本错误是什么 242

10.3变幅载荷的疲劳试验结果 244

10.4变幅载荷的其他疲劳寿命预测方法 249

10.4.1损伤计算和S-N曲线向疲劳极限以下外延 249

10.4.2相对Miner准则 253

10.4.3应变历程预测模型 253

10.4.4基于服役-模拟疲劳试验的预测 255

10.5关于变幅载荷疲劳寿命的讨论 258

10.5.1特定零件的寿命估计与Miner准则 259

10.5.2关于设计应力水平影响的考虑 260

10.5.3设计改进的不同选择之间的比较 260

10.5.4不同载荷谱的比较 260

10.6本章要点 261

参考文献 262

第11章 变幅载荷下的疲劳裂纹扩展 264

11.1引言 264

11.2简单变幅应力历程下的裂纹扩展 265

11.2.1非交互作用行为 265

11.2.2过载循环的影响 266

11.2.3裂纹与缺口的区别 268

11.2.4材料厚度的影响 268

11.2.5材料屈服应力的影响 269

11.2.6过载循环块 270

11.2.7延迟的迟滞 270

11.2.8裂纹扩展迟滞的原因：裂纹闭合或裂纹尖端塑性区内的残余应力 272

11.2.9材料表面的裂纹闭合更多 273

11.2.10变幅载荷下取向不匹配的裂纹前缘 274

11.3复杂变幅应力历程下的裂纹扩展 275

11.3.1载荷顺序效应 275

11.3.2厚度的影响 278

11.3.3缺口边初期快速裂纹扩展 278

11.3.4载荷截取的影响 279

11.4变幅载荷下的疲劳裂纹扩展预测模型 281

11.4.1非交互作用模型 281

11.4.2变幅载荷下疲劳裂纹扩展预测的交互作用模型 282

11.5对变幅载荷下疲劳裂纹扩展预测方法的评价 289

11.5.1工程方面 289

11.5.2关于预测模型的有效性 289

11.6本章要点 291

参考文献 292

第3部分 疲劳试验与分散性 301

第12章 疲劳与分散性 301

12.1引言 301

12.2分散性的来源 301

12.3分散性的描述 302

12.3.1疲劳寿命的统计分布 303

12.3.2两个案例 306

12.3.3疲劳强度和疲劳极限的统计分布 307

12.4分散性的一些实际方面 310

12.4.1疲劳极限与安全系数 310

12.4.2分散性与变幅加载 311

12.4.3疲劳裂纹扩展的分散性 312

12.4.4同种类型的不同结构的分散性 313

12.4.5服役中有征兆的或偶然的疲劳破坏 314

12.4.6分散性取决于结构如何使用 314

12.5本章要点 315

参考文献 316

第13章 疲劳试验 318

13.1引言 318

13.2疲劳试验计划的目的 318

13.3试样 319

13.3.1光滑试样 320

13.3.2缺口试样 321

13.3.3结构 321

13.4疲劳试验步骤 323

13.4.1试样制备 323

13.4.2试样安装 323

13.4.3试验计划的试验步骤 324

13.4.4服役模拟疲劳试验 324

13.5疲劳试验结果的报告 326

13.6裂纹扩展测量的相关方面 327

13.6.1裂纹长度测量 327

13.6.2断口表面分析 329

13.6.3裂纹闭合测量 331

13.7本章要点 333

参考文献 333

第4部分 特殊疲劳条件 339

第14章 表面处理 339

14.1引言 339

14.2表面处理的几个方面 339

14.2.1材料表层疲劳抗力 340

14.2.2表面粗糙度 344

14.2.3残余应力 345

14.3表面处理的若干实际方面 348

14.4本章要点 348

参考文献 349

第15章 微动腐蚀 351

15.1引言 351

15.2微动腐蚀机理 351

15.3微动腐蚀的影响因素 353

15.3.1夹紧力的影响 354

15.3.2摩擦运动幅值的影响 355

15.3.3不同材料的微动腐蚀 356

15.3.4材料表面粗糙度的影响 357

15.3.5环境对微动腐蚀的影响 357

15.3.6平均应力的影响 357

15.3.7变幅载荷下的微动腐蚀 358

15.4避免微动腐蚀问题的方法 358

15.4.1防止金属接触 360

15.4.2微动损伤的减轻 362

15.5本章要点 363

参考文献 364

第16章 腐蚀疲劳 366

16.1引言 366

16.2腐蚀疲劳的一些方面 367

16.2.1气态环境中的腐蚀疲劳 369

16.2.2液态环境中的腐蚀疲劳 371

16.3腐蚀疲劳的实际方面 377

16.4一个案例 378

16.5本章要点 379

参考文献 380

第17章 高温和低温疲劳 383

17.1引言 383

17.2高温疲劳的两个例子 384

17.2.1涡轮叶片 384

17.2.2超声速运输机：“协和”号飞机 385

17.3高温下的疲劳性能 386

17.4低温下的疲劳 389

17.5一些一般性评论 392

参考文献 393

第5部分 连接接头与结构的疲劳 397

第18章 连接接头的疲劳 397

18.1引言 397

18.2耳片的疲劳 398

18.3数排螺栓或铆钉的对称对接接头 403

18.4受拉螺栓 405

18.5带偏心的铆接和螺接接头 409

18.5.1铆钉挤压力的影响 414

18.5.2铆接搭接接头的疲劳寿命预测 417

18.6胶接接头 417

18.7连接接头疲劳性能预测的一般讨论 419

18.8本章要点 420

参考文献 421

第19章 焊接接头的疲劳 424

19.1引言 424

19.2一些常规方面 424

19.3焊缝的几何因素 426

19.4恒幅载荷下的疲劳寿命考虑 431

19.5变幅载荷下焊接接头的疲劳寿命 436

19.6两个特例 437

19.6.1压力容器 437

19.6.2管状海上结构 438

19.7点焊接头 439

19.8本章要点 439

参考文献 440

第20章 结构的抗疲劳设计 443

20.1引言 443

20.2各类结构的疲劳问题 443

20.3抗疲劳设计 445

20.3.1裂纹起始方面 445

20.3.2材料选择 446

20 3.3表面处理 446

20.3.4通过细节设计改进应力分布 447

20.3.5大尺度设计问题 447

20.4不确定性、分散性和安全系数 447

20.4.1不确定性 447

20.4.2分散性和安全系数 448

20.5若干案例 453

20.5.1改进的台阶圆角 453

20.5.2不对称孔边加强件引起的附加弯曲 455

20.5.3用设计不合理的修补板修理的含裂纹机翼壁板 455

20.5.4青马大桥的在线结构健康监测 458

20.6总结性结论 460

参考文献 461

第6部分 纤维—金属层板的疲劳抗力 465

第21章 纤维—金属层板的疲劳抗力 465

21.1引言 465

21.2不含纤维的层板材料 466

21.3纤维—金属层板Arall和Glare 469

21.3.1纤维—金属层板概念 470

21.3.2作为薄板的纤维—金属层板 471

21.3.3 Glare的裂纹扩展 472

21.3.4 Glare元件的疲劳性能 475

21.4关于Glare的进一步讨论 477

21.4.1 Glare的一些典型性能 478

21.4.2 Glare结构的设计和制造 479

21.5结束语 480

参考文献 481

附录 485

引言 485

Ⅰ习题和各章小结 487

Ⅰ.1习题 487

Ⅰ.2答案 503

Ⅰ.3各章小结 521

Ⅰ.4绘图纸 532

Ⅱ案例 535

Ⅱ.1引言 535

Ⅱ.2重型摩托车前轮所有辐条的疲劳断裂 536

Ⅱ.3片弹簧失效 537

Ⅱ.4起落架案例 538

Ⅱ.5小型直升机桨叶断裂 538

Ⅱ.6膨胀联轴器失效 540

Ⅱ.7灯柱案例 541

Ⅱ.8“彗星”号案例 543

Ⅱ.9耳片连接 545

Ⅲ若干专题 546

Ⅲ.1抗疲劳设计 546

Ⅲ.2疲劳试验——为什么和怎样做 553

Ⅳ关于未来疲劳问题的研究 557

Ⅳ.1引言 557

Ⅳ.2疲劳裂纹扩展机理 559

Ⅳ.3断口研究的重要性 560

Ⅳ.4变幅载荷下的疲劳裂纹扩展预测 562

Ⅳ.5断裂力学预测和勾线载荷 563

Ⅳ.6服役中的载荷测量 565

Ⅳ.7研究项目 565

Ⅳ.8后记 567