第1章 绪论 1
1.1 断裂力学的起源 1
1.1.1 固体的破坏 1
1.1.2 低应力脆断 2
1.1.3 断裂力学的产生 4
1.2 断裂力学的研究进展 8
1.3 高等断裂力学的任务和方法 13
1.3.1 断裂力学的主要任务 13
1.3.2 求解断裂力学问题的理论方法 14
第2章 断裂力学基本概念 16
2.1 裂纹的类型 16
2.2 能量释放率 17
2.3 裂纹端部场和应力强度因子 19
2.3.1 裂纹端部应力场和位移场 19
2.3.2 裂尖应力奇异性与应力强度因子概念 22
2.3.3 常见裂纹的应力强度因子 23
2.4 弹塑性断裂与J积分 25
2.4.1 裂端塑性区的估计 26
2.4.2 J积分 27
2.5 裂尖张开位移 28
2.6 断裂韧度的试验测量 29
2.7 复合型断裂 33
2.7.1 最大环向应力 33
2.7.2 应变能密度因子 34
2.7.3 Jk积分 36
2.8 疲劳裂纹 37
第3章 数学弹性力学基础 40
3.1 弹性力学的基本理论 40
3.1.1 基本力学量 40
3.1.2 控制方程 42
3.1.3 基本方程的张量形式 45
3.1.4 平面问题的弹性基本方程 46
3.2 弹性力学基本量的复函数表示 48
3.2.1 复变函数论基本概念 48
3.2.2 应力、位移、应力主矢量的复函数表示 50
3.3 复势函数的确定程度 54
3.4 多连通域内复势函数的表达式 56
3.4.1 有限多连通域 57
3.4.2 无限大多连通域 57
3.5 复势函数的解析开拓 58
3.5.1 基本概念 58
3.5.2 半平面上复势函数的解析开拓 60
3.5.3 圆域中复势函数的解析开拓 63
3.6 保角变换与曲线坐标 67
3.6.1 保角变换 67
3.6.2 曲线坐标 68
第4章 Williams特征展开理论 72
4.1 Williams特征展开式 72
4.2 高阶奇异项与小范围屈服 77
4.3 Williams特征展开的性质 81
4.4 Bueckner-Rice权函数方法 87
4.5 环绕平面直线裂纹的路径无关积分 89
4.6 弹性T项及其权函数的求解方法 91
4.6.1 弹性T项的基本概念 91
4.6.2 弹性T项对裂尖屈服区的影响 92
4.6.3 用二阶权函数计算弹性T项 94
4.7 特征展开式中高阶项对J积分的作用 94
第5章 柯西型积分和黎曼-希尔伯特问题 97
5.1 柯西型积分的基本概念 97
5.2 黎曼-希尔伯特边值问题 101
5.2.1 按给定的跳跃确定分区全纯函数 102
5.2.2 第一类柯西积分方程 103
5.2.3 第二类柯西积分方程 104
5.2.4 齐次黎曼-希尔伯特问题 106
5.2.5 非齐次黎曼-希尔伯特问题 108
5.2.6 一个常用线积分的计算 108
5.3 无限大平面有限裂纹问题求解 110
第6章 积分变换方法 113
6.1 积分变换的基本概念 113
6.1.1 积分变换的定义 113
6.1.2 Fourier变换及其性质 114
6.1.3 Hankel变换 115
6.2 裂纹的混合边值问题 116
6.2.1 Ⅲ型裂纹问题 116
6.2.2 矩形边界的平面应变裂纹问题 118
6.3 无限大平面中的Griffith裂纹问题 120
第7章 界面断裂力学问题 126
7.1 界面裂纹解析解 127
7.1.1 界面裂纹的R-H问题解 127
7.1.2 裂尖变形场及其特征 130
7.2 界面裂纹的Comninou模型 138
7.2.1 断裂力学位错理论简介 138
7.2.2 Comninou模型问题解 144
7.3 界面裂纹端部应力渐近场 150
7.4 界面裂纹复势的特征展开 155
7.4.1 特征展开微分特性 156
7.4.2 Bueckner功共轭积分 157
7.4.3 特征应力场 160
7.4.4 界面裂纹特征展开的伪正交特性 161
7.4.5 路径无关积分 163
7.5 反平面剪切的弹性椭圆夹杂的界面裂纹问题 165
第8章 复合材料断裂力学问题 181
8.1 各向异性线弹性体的复势理论 181
8.1.1 各向异性线弹性体的本构关系 181
8.1.2 Stroh理论 182
8.1.3 Lekhnitskii理论 184
8.2 各向异性材料裂纹的基本解 188
8.3 特征展开与路径无关积分 195
8.3.1 复势的特征展开 195
8.3.2 特征展开的微分特性 198
8.3.3 特征展开的伪正交特性 199
8.3.4 J积分 206
8.3.5 一阶权函数方法 208
第9章 复杂缺陷问题 210
9.1 各向同性材料的多裂纹问题 210
9.1.1 基本解 210
9.1.2 多裂纹问题的伪力法 212
9.1.3 裂面受任意载荷作用的多裂纹问题 213
9.2 各向异性材料的多裂纹问题 216
9.3 纳米多夹杂干涉问题 219
9.3.1 纳米多孔的表面／界面方程 219
9.3.2 纳米夹杂弹性场势函数 222
9.3.3 纳米多孔弹性场 225
第10章 压电材料断裂力学问题 227
10.1 基本方程 227
10.2 裂纹电边界条件 230
10.3 压电材料裂纹解析解 233
10.4 双压电材料的界面裂纹 238
10.5 应力非自由裂纹模型 245
10.6 压电材料三维币形裂纹 249
10.7 压电材料中的守恒积分 255
10.7.1 Bueckner积分 256
10.7.2 含微缺陷压电材料中的Jk积分和M积分 259
第11章 材料构型力学基本理论 265
11.1 材料构型力学的基本概念 265
11.1.1 Jk积分及其构型应力 266
11.1.2 M积分及其构型应力 268
11.1.3 L积分及其构型应力 268
11.2 材料构型力学基本量的试验测量 271
11.3 铁电材料的构型力概念 275
第12章 断裂参数的数值计算方法 281
12.1 有限元的裂尖奇异单元 281
12.2 应力强度因子计算方法 290
12.2.1 权函数方法 290
12.2.2 交互积分方法 291
12.2.3 外推法计算应力强度因子 293
12.3 J积分计算方法 295
12.3.1 ANSYS路径操作计算J积分 296
12.3.2 等效积分区域法计算J积分 297
12.4 能量释放率计算方法 299
12.4.1 能量释放率的直接定义计算法 299
12.4.2 虚拟裂纹闭合法计算能量释放率 299
参考文献 301