第1章 疲劳导论：基础理论与方法 1
1.1 材料的疲劳 1
1.1.1 疲劳简史：技术与科学的重要性 1
1.1.2 相关概念定义 4
1.1.3 耐久性图 5
1.2 疲劳损伤的机制 6
1.2.1 引言 6
1.2.2 疲劳裂纹萌生 7
1.2.3 疲劳裂纹扩展 8
1.3 疲劳试验系统 9
1.4 结构的抗疲劳设计 10
1.5 塑料、橡胶及复合材料的疲劳 11
1.6 本章小结 13
第2章 疲劳寿命估算 14
2.1 引言 14
2.2 疲劳数据的离散性 15
2.3 疲劳极限的估算 16
2.4 疲劳强度及标准差的估算 16
2.4.1 概率元法 17
2.4.2 升降法 20
2.4.3 迭代法 22
2.4.4 多试样法 25
2.4.5 方法选择 27
2.5 疲劳寿命的数学表达 28
2.5.1 引言 28
2.5.2 应力寿命公式 28
2.5.3 试验曲线的修正 30
2.6 循环周次的估计 33
2.6.1 基本原理 34
2.6.2 绘制过程 34
2.6.3 应用举例 35
2.7 力学参数对疲劳极限的影响 35
2.7.1 平均应力的影响 35
2.7.2 荷载类型的影响 36
2.8 疲劳极限与力学性能关系 38
2.8.1 疲劳极限σd的估算 38
2.8.2 标准差估计 38
2.8.3 结论 39
第3章 疲劳裂纹萌生 40
3.1 引言 40
3.2 裂纹萌生的物理机制 40
3.2.1 疲劳失效过程：回顾 40
3.2.2 应力幅的影响 42
3.3 裂纹萌生的评估 47
3.3.1 光滑试样 47
3.3.2 缺口效应 47
3.4 裂纹萌生的寿命估算 58
3.4.1 引言 58
3.4.2 存在的问题 58
3.4.3 裂纹萌生参数 58
3.4.4 主W？hler曲线 59
3.4.5 累积损伤准则 60
3.4.6 Kt＞1试样的曲线 61
3.4.7 参考曲线 62
3.4.8 绘制参考曲线 63
3.4.9 结论 63
第4章 低周疲劳 64
4.1 引言 64
4.1.1 低周疲劳适用性 64
4.1.2 试验方法 66
4.2 低周疲劳的唯象解释 69
4.2.1 引言 69
4.2.2 循环加工硬化 70
4.2.3 循环应力－应变关系曲线 72
4.2.4 疲劳强度 74
4.2.5 数学模型 75
4.2.6 加载顺序及控制方式 76
4.3 低周疲劳开裂及顺应机制 77
4.3.1 引言 77
4.3.2 材料的顺应性 78
4.3.3 钢的顺应机制 88
4.3.4 低周疲劳裂纹萌生 96
4.3.5 低周疲劳裂纹扩展 100
4.4 本章小结 101
4.5 致谢 102
第5章 超高周疲劳 103
5.1 疲劳寿命 103
5.2 超高周疲劳试验 104
5.2.1 压电试验机 104
5.2.2 振动疲劳原理 105
5.2.3 共振波长 106
5.2.4 试样设计 106
5.2.5 超声波发生器 108
5.3 压电疲劳试验系统 109
5.4 超高周疲劳S-N曲线 109
5.4.1 疲劳S-N曲线的基本特征 109
5.4.2 黑色金属材料 111
5.4.3 铝合金材料 122
5.5 超高周疲劳裂纹萌生机理 123
5.5.1 非金属夹杂 124
5.5.2 基体冶金缺陷 125
5.5.3 微孔洞 125
5.6 疲劳强度的评估 128
5.6.1 统计方法比较 128
5.6.2 超高周疲劳Kitawaga图 129
5.6.3 基于Paris-Hertzberg准则的裂纹萌生寿命评估 130
5.6.4 基于Murakami模型的疲劳强度预测 132
5.7 本章小结 133
第6章 疲劳裂纹扩展速率 134
6.1 引言 134
6.2 裂纹扩展速率模型 134
6.2.1 唯象模型 134
6.2.2 基于位错理论的模型 137
6.2.3 基于裂尖材料行为的模型 140
6.2.4 基于材料循环特性的模型 142
6.3 模型评价 144
6.3.1 循环参数的影响 145
6.3.2 扩展常数C和m关系 146
6.3.3 材料属性对裂纹扩展的影响 147
6.3.4 外部条件对裂纹扩展的影响 149
6.4 展望 150
6.5 本章小结 151
6.5.1 固有属性参数 152
6.5.2 外部试验条件 152
第7章 短裂纹扩展 153
7.1 引言 153
7.2 线弹性断裂力学的局限性 154
7.2.1 光滑边裂纹 154
7.2.2 缺口根部裂纹 155
7.3 试验观测 157
7.3.1 短裂纹扩展速率 157
7.3.2 微观组织短裂纹 158
7.3.3 物理短裂纹 160
7.4 短裂纹闭合效应 163
7.4.1 裂纹的闭合现象 163
7.4.2 短裂纹闭合的演变 165
7.4.3 扩展速率与△Keff的关系 166
7.4.4 粗糙度致裂纹闭合 166
7.5 短裂纹扩展模型 166
7.5.1 微观组织短裂纹扩展模型 166
7.5.2 物理短裂纹扩展模型 170
7.6 本章小结 174
第8章 裂纹尖端的塑性变形 176
8.1 引言 176
8.2 疲劳裂纹尖端的塑性变形 176
8.2.1 理论方面 177
8.2.2 试验验证 180
8.2.3 细观晶粒尺度 182
8.3 疲劳断口形貌分析 183
8.3.1 断口形貌观测 183
8.3.2 疲劳辉纹的形成机制 184
8.4 基于尖端张开位移的裂纹扩展模型 185
8.5 基于循环硬化的裂纹扩展模型 187
8.6 基于有效应力强度因子的裂纹扩展模型 188
8.6.1 Elber模型 188
8.6.2 Elber模型的应用 190
8.6.3 裂纹闭合机制的解释 190
8.7 本章小结 194
第9章 疲劳裂纹扩展的局部解法 195
9.1 引言 195
9.2 裂尖塑性区 195
9.2.1 Irwin塑形区 195
9.2.2 T应力场 197
9.2.3 材料应变硬化效应 197
9.3 裂尖循环塑性变形 199
9.3.1 循环弹塑性行为 200
9.3.2 塑性历程效应 201
9.4 疲劳裂纹扩展的局部解法 207
9.4.1 比例扩展法简介 207
9.4.2 比例扩展法原理 207
9.4.3 模型验证 209
9.4.4 推广应用 210
9.5 本章小结 211
第10章 腐蚀疲劳 212
10.1 引言 212
10.2 裂纹萌生 212
10.2.1 水性介质 212
10.2.2 气相环境 216
10.3 短裂纹扩展 216
10.4 长裂纹扩展 217
10.4.1 试验观测 217
10.4.2 腐蚀疲劳模型 222
10.5 本章小结 224
第11章 环境的影响 225
11.1 引言 225
11.2 环境对高周疲劳的影响 226
11.2.1 早期研究 226
11.2.2 微观机制 226
11.2.3 大气压力及频率的影响 228
11.2.4 微观组织和环境的综合影响 229
11.2.5 温度和环境的耦合行为 230
11.2.6 超高周疲劳下环境的影响 230
11.3 环境对疲劳裂纹扩展的影响 232
11.3.1 早期研究 232
11.3.2 惰性环境下的裂纹扩展特性 233
11.3.3 环境加速效应 237
11.3.4 裂纹的扩展形貌 241
11.3.5 多因素协同作用 243
11.4 本章小结 252
第12章 变幅疲劳加载 254
12.1 引言 254
12.2 变幅加载相关问题 255
12.2.1 变幅加载的必要性 255
12.2.2 加载信号 257
12.2.3 从服役记录到载荷谱 260
12.3 变幅加载疲劳试验 267
12.3.1 模拟试验方法 267
12.3.2 试验系统 267
12.3.3 块谱试验 268
12.3.4 变幅疲劳试验及载荷谱 269
12.3.5 随机加载试验 270
12.3.6 测试结果分析 271
12.4 变幅疲劳试验的影响因素 273
12.4.1 重建载荷谱的计数法 273
12.4.2 载荷水平个数 273
12.4.3 载荷次序效应 273
12.4.4 加载频率 274
12.4.5 高应力信号局限性 274
12.4.6 不规则因子 274
12.4.7 载荷谱的类型 275
12.4.8 小载荷循环 275
12.4.9 加速疲劳试验 276
12.5 变幅载荷下的疲劳寿命评估 278
12.5.1 疲劳寿命的预测方法 278
12.5.2 多轴载荷特性 278
12.5.3 非循环计数法 279
12.6 本章小结 280
参考文献 282