工程材料的断裂与疲劳PDF电子书下载

第一章 绪论 1

第一节 工程构件的断裂及其后果 1

第二节 断裂力学与材料强度 2

参考文献 4

第二章 线弹性断裂概述 6

第一节 线弹性断裂的力学参量及断裂韧度指标 6

一、弹性能释放率（裂纹扩展驱动力G） 6

二、应力强度因子K及平面应变断裂韧度KIc 7

第二节 裂纹尖端塑性区 10

一、裂纹尖端塑性区的形状和尺寸 10

第三节 复合型载荷作用下的线弹性断裂 14

二、有效裂纹尺寸的修正 14

一、最大正应力理论 15

二、应变能密度理论（比应变能理论） 16

三、能量释放率理论 17

参考文献 19

第三章 弹塑性断裂问题 20

第一节 概述 20

第二节 裂纹尖端张开位移CTOD的基本概念 21

一、线弹性和小范围屈服情况下的CTOD 21

二、大范围屈服情况下的CTOD及平面应力断裂的D-M模型 22

三、全面屈服情况下的CTOD及CTOD方法在断裂分析中的应用 23

一、J积分的定义 25

第三节 J积分的定义及其基本性质 25

二、J积分与积分路径无关的性质 26

三、J积分与裂纹尖端区应力应变场强度的关系 28

四、J和K、G及δ的关系 29

第四节 J积分和CTOD的测试技术 31

一、综述 31

二、CTOD的测试 32

三、J积分的测试 33

第五节 阻力曲线 35

第六节 J主导的有效性和应力三轴性对J主导的影响 39

一、J主导的有效性 39

二、应力三轴性对J主导的影响 40

第七节 裂纹的J控制扩展和裂纹稳态长程扩展 43

一、综述 43

二、J控制扩展理论 43

三、Ernst修正 45

四、Brust修正 48

五、应力三轴性对裂纹稳态扩展过程J控制有效性的影响 49

第八节 裂纹扩展的失稳，撕裂模量的概念 50

第九节 弹塑性状态下的复合型断裂问题 52

一、弹塑性复合受载情况下的裂纹尖端应力应变场 52

二、复合型受载情况下裂纹的起裂问题 53

三、复合型受载情况下J值的确定与起裂韧度 55

第十节 机件和结构防止断裂的安全评定工程方法 57

一、综述 57

二、CEGB双判据法 57

三、EPRI方法 58

参考文献 61

第四章 断裂过程理论 63

第一节 概述 63

第二节 解理断裂理论 64

一、理论断裂强度与实际断裂强度的差异（Griffith理论） 64

二、屈服现象的位错理论分析（Hall-Petch关系） 65

三、Stroh的裂纹萌生理论 66

四、Cottrell的裂纹萌生理论 67

五、Smith的解理断裂理论 68

六、孪晶起裂的解理断裂 69

第三节 解理断裂的最大拉应力准则和解理断裂应力σ？的测定 70

第四节 解理断裂单元及特征距离 72

第五节 纤维断裂的空穴萌生 75

一、综述 75

二、空穴形核的临界应变 75

三、形核的临界应力 78

四、应力三轴性对空穴萌生的影响 80

一、McClintock的空穴连接模型 82

第六节 空穴的扩展与连接 82

二、Rice和Tracey的宏观应变速率与空穴扩展速率关系模型 83

三、空穴扩展与连接的试验观察 84

四、临界空穴扩张比与组合功密度模型的概念 87

参考文献 89

第五章 疲劳概述 90

第一节 疲劳问题的范围与研究尺度 90

第二节 疲劳失效的特点 91

第三节 历史的回顾 92

第四节 疲劳设计准则 93

一、无限寿命设计 93

二、安全寿命设计 94

三、破损安全和损伤容限设计 95

参考文献 95

第六章 疲劳裂纹的萌生 97

第一节 金属材料的循环变形行为 97

一、循环应力－应变和循环滞后环 97

二、循环硬化和软化 99

第二节 疲劳裂纹的萌生机理 101

一、单晶体的循环变形及位错亚结构 102

二、影响循环变形的因素 104

三、疲劳裂纹的萌生 105

第三节 疲劳裂纹萌生期的预测 108

一、局部应变法 109

二、断裂力学法 113

三、局部等量应力幅法 114

第四节 应用举例 115

参考文献 118

第七章 疲劳裂纹的扩展 121

第一节 疲劳裂纹扩展的宏观规律 121

一、Paris公式和疲劳裂纹扩展全图 121

二、疲劳门槛及近门槛区疲劳裂纹的扩展 123

三、疲劳裂纹的快速扩展 126

第二节 疲劳裂纹尖端塑性区与裂纹闭合 127

一、疲劳断口的特征 130

第三节 疲劳裂纹扩展理论、机制和模型 130

二、滑移分离模型 131

三、累积损伤模型 133

四、疲劳裂纹扩展机制的再讨论 135

第四节 疲劳裂纹扩展寿命的估算 139

第五节 疲劳裂纹扩展速率的测试 141

第六节 疲劳短裂纹问题 142

一、疲劳短（小）裂纹的定义、分类及扩展特性 142

二、疲劳短裂纹扩展的宏观规律、机制和定量描述 143

参考文献 149

第一节 材料的变幅疲劳行为 154

第八章 变幅疲劳 154

第二节 变幅疲劳裂纹扩展行为的预测 159

参考文献 161

第九章 低温断裂与疲劳 163

第一节 韧脆转化理论 163

第二节 低温脆断判据 166

一、用夏比冲击试验作为低温脆断判据 167

二、用断裂韧度作为低温脆断判据 169

三、接近实际工作条件的低温判据 170

第三节 低温疲劳 174

一、低温对疲劳强度的影响 174

二、低温下疲劳裂纹的萌生与扩展 176

参考文献 178

第十章 高温强度 180

第一节 静载荷下材料的高温强度和断裂 180

一、高温下材料力学性能的变化 180

二、蠕变、蠕变极限和持久强度 181

三、蠕变断裂 182

四、蠕变断裂机制图 186

第二节 高温疲劳 187

一、材料在高温下的疲劳行为 188

二、高温疲劳裂纹的扩展 196

第三节 应用举例 200

参考文献 205

第十一章 高速动载断裂与冲击疲劳 209

第一节 概述 209

第二节 裂纹动态应力强度因子KId和动态断裂韧度KId 210

一、动态应力强度因子和动态断裂韧度的概念 210

二、动态断裂韧度KId的测量和动态应力强度因子KId的实验测定 211

第三节 动态裂纹扩展和止裂 218

一、裂纹的快速扩展与止裂的准静态分析 218

二、裂纹动态扩展断裂韧度KID、静态止裂韧度KIa和动态止裂韧度KIA 221

三、用DCB试样测量动态止裂韧度 223

一、冲击载荷的波动性质，一维弹性波 225

第四节 应力波的传播与断裂 225

二、塑性应力波的传播 227

三、弹性应力波的叠加、反射和透射 228

第五节 冲击疲劳强度 230

一、综述 230

二、多次冲击试验的基本规律 230

三、冲击疲劳裂纹的扩展 232

参考文献 233

第十二章 环境介质作用下的断裂与疲劳 235

第一节 氢损伤 235

一、氢损伤概况 235

二、环境氢脆过程 236

三、氢脆对钢的力学性能的影响 238

一、应力腐蚀概况 239

第二节 应力腐蚀 239

二、应力腐蚀过程 240

三、应力腐蚀对材料力学性能的影响 241

第三节 腐蚀疲劳 242

一、综述 242

二、腐蚀疲劳的裂纹萌生与扩展 243

参考文献 246

第十三章 非金属工程材料的断裂和疲劳 248

第一节 聚合物材料的断裂与疲劳 248

一、聚合物材料的结构特点 248

三、聚合物材料的变形和断裂 250

二、聚合物材料的玻璃化转变和力学性能特点 250

四、聚合物材料的疲劳 252

第二节 陶瓷材料的断裂与疲劳 257

一、陶瓷材料的结构特点 257

二、陶瓷材料的变形和断裂 257

三、陶瓷材料的疲劳 262

第三节 复合材料的断裂与疲劳 263

一、连续纤维增强复合材料的强度和断裂 263

二、非连续单向短纤维增强复合材料的强度和断裂 266

三、复合材料的疲劳 267

参考文献 269