第一章 断裂力学的基本概念 1
一、断裂和安全设计 1
二、低应力脆断和断裂力学 4
前言 7
三、断裂韧性的概念 9
四、应力场强度因子和断裂韧性 12
五、断裂力学的应用 16
一、弹性力学的某些概念 20
(一) 应力分量和应变分量 20
第二章 线弹性继裂力学 20
(二) 虎克定律 23
(三) 平面应力和平面应变 24
二、裂纹附近的应力场和应力场强度因子 26
(一) 三种裂纹组态 26
(二) 裂纹顶端附近应力场 28
(三) 应力场强度因于K1 30
三、塑性区及其修正 31
(一) 屈服判据 32
(二) 裂纹前端屈服区大小 35
(三) 塑性区修正 38
四、裂纹扩展的能量率Gi 42
五、阻力曲线和断裂判据 48
第三章 弹塑性断裂力学基础 54
一、J积分理论 55
(一) J积分的定义 55
(二) J积分的能量率表达式 57
(三) J积分和裂纹前端应力、应变场的关系 62
(四) 临界J积分(J16) 64
(一) 线弹性条件下的C·O·D 65
二、裂纹顶端张开位移C·O·D 65
(二) D-M模型(带状屈服模型) 67
(三) J积分和C·O·D的联系 70
(四) C·O·D判据的工程应用 71
(五) 屈服断裂的C·O·D 74
第四章 断裂韧性参数的测试 79
一、平面应变断裂韧性Klc测试 79
(一) 基本原理 80
(二) 测试要求 87
(三) 试样的选择和标记 89
二、平面应力断裂韧性Kc测试 92
(一) 直接测量法 93
(二) 标定法 94
(三) 阻力曲线(R曲线)法 96
(四) 试样尺寸要求 98
三、临界J积分(Jlc)的测试 98
(一) 基本原理 98
(二) 确定开裂点的方法 101
(三) 试样尺寸要求 102
四、临界C·O·D测试 103
(一) 基本原理 103
(二) 临界点的确定 105
(三) 转动因子 106
(四) 试样尺寸要求 108
第五章 疲劳裂纹扩展 109
一、疲劳破坏和疲劳裂纹 109
(一) 疲劳和疲劳破坏 109
(二) 疲劳断裂特征 113
(三) 缺口形成疲劳裂纹的规律 116
二、疲劳裂纹扩展规律 117
(一) 疲劳裂纹扩展机构 118
(二) 疲劳裂纹扩展速率da/dN 119
(三) 应变疲劳 122
(四) 疲劳寿命估算 123
三、影响da/dN的因素 125
(一) 平均应力的影响 125
(二) 过载峰的影响 127
(三) 影响da/dN的其它因素 134
四、da/dN测试 135
(一) 基本原理 135
(二) 疲劳裂纹长度测量 138
第六章 应力腐蚀 140
(一) 腐蚀反应 141
一、腐蚀和应力腐蚀 141
(二) 应力腐蚀 142
(三) 氢脆 144
二、应力腐蚀裂纹的扩展 146
(一) 应力腐蚀临界应力场强度因子KISCG 146
(二) 应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt 152
(三) 应力腐蚀构件的安全性和寿命估算 153
三、超高强钢在水介质中的应力腐蚀 156
(一) 应力腐蚀机理 156
(二) 影响应力腐蚀的因素 157
(一) 恒力试样 159
四、KISCG和da/dt的测试 159
(二) 恒位移试样 162
第七章 裂纹的高速扩展和止裂 165
一、裂纹的高速(动态)扩展 166
(一) 动态扩展和动能 166
(二) 动态断裂韧性 168
(三) 裂纹分叉 170
(一) 止裂原理 172
二、止裂原理和应用 172
(二) 加劲板中的止裂 176
(三) 多层板和复合材料 179
三、动态和止裂断裂韧性KId、K？？的测试 180
(一) 双悬臂梁(DCB)试样测KId和K？？ 181
(二) 高速加载测Kld 183
第八章 工程构件KI估算简介 186
一、有限元法和光弹法测KI 187
(一) 有限元法测KI 187
(二) 光弹法测KI 189
(一) KI叠加原理及应用 192
二、叠加原理及其应用 192
(二) 应力场叠加原理及应用 196
三、工程构件中实际裂纹的近似处理 199
(一) 缺陷群的相互作用 200
(二) 裂纹形状对KI的影响 202
(三) 塑性区修正 204
(四) 有限边界和影响参数法 205
第九章 提高断裂韧性的途径 208
一、断裂模型和影响因素 209
(一) 断裂模型 209
(二) 夹杂和第二相对Klc的影响 215
(三) 杂质和回火脆 217
二、晶粒度对Klc的影响 219
三、组织结构对Klc的影响 221
(一) 马氏体 222
(二) 贝氏体 223
(三) 奥氏体 224
四、特殊热处理对Klc的影响 226
(一) 超高温淬火 226
(二) 亚临界区淬火 226
(三) 形变热处理 227
一、概述 231
第十章 断裂力学应用实例 231
二、燃气轮机叶轮安全性评价 234
(一) 叶轮伤情和受力情况 234
(二) 断裂力学参数测试 235
(三) 叶轮安全性和寿命估算 236
三、带裂纹氨合成塔的安全性分析 238
(一) 伤情和工况 238
(二) 安性性判据 238
(三) 断裂力学参数测试 240
(四) 合成塔安全性和寿命估算 241
四、用断裂力学作指导研制高压容器 242
五、用断裂力学作指导发展代用材料 244
附录 246
一、裂纹前端应力、应变场 246
(一) 平面问题的弹性方程 246
(二) 复变函数 247
(三) 威斯特噶尔德应力函数 251
(四) 双向拉伸I型裂纹附近的应力、应变场 255
(五) 单向拉伸裂纹前端应力、应变场 262
(六)Ⅱ、Ⅲ 型裂纹前端的应力、应变场 265
(七) 极坐标表示的裂纹应力场 269
二、G和K的关系 272
(一) 无限体内椭圆裂纹的KI 276
三、表面半椭圆裂纹的KI 276
(二) 表面半椭圆裂纹的KI 283
四、复合型断裂判据 288
(一) 最大周向应力判据(σθmar判据) 288
(二) 比应变能判据(S判据) 291
(三) 最大应变能释放率判据(G判据) 295
(四) 复合型断裂判据的比较和选择 296
五、J积分的路径无关性 299
六、J=？的证明 306
(一) 集中力产生的KI 313
七、C·O·D公式б=？的推导 313
(二) 帕里斯(Paris)位移公式 316
(三) 无限远处均匀应力б产生的张开位移 319
(四) 点力对引起的张开位移 321
(五) 分布力引起的张开位移 323
(六) D-M模型塑性区宽度 324
(七) D-M模型的裂纹顶端张开位移 327
八、边界配置法求KI 329
(一) 有限体贯穿裂纹的应力、应变场 329
(二) 边界配置法求KI 336