绪论 1
0.1 承压设备的特殊性与危险性 1
0.2 以弹塑性理论为依据的设计方法面临挑战 1
0.3 断裂力学与“合乎使用”的准则 3
0.3.1 断裂力学的兴起与发展 3
0.3.2 “质量控制”和“合乎使用”的准则 4
第1篇 金属材料的脆性断裂力学基础 7
第1章 金属材料与结构的脆性断裂 7
1.1 裂纹及其对材料与结构强度的影响 7
1.1.1 裂纹的分类 7
1.1.2 裂纹对材料强度的影响 8
1.2 能量释放率断裂理论 10
1.2.1 Griffith能量释放率理论 10
1.2.2 Orowan理论 11
1.2.3 能量释放率及其断裂判据 12
1.2.4 裂纹扩展能量释放率的计算 12
1.2.5 能量释放率的裂纹扩展阻力与阻力曲线 14
1.3 应力强度因子断裂理论 14
1.3.1 Ⅰ型裂纹尖端附近处的应力场和位移场 15
1.3.2 Ⅱ型与Ⅲ型裂纹尖端附近处的应力场与位移场 16
1.3.3 Ⅰ型裂纹应力强度因子的计算 17
1.3.4 G与K的关系 27
1.3.5 应力强度因子理论的断裂判据及其应用 29
1.3.6 金属材料平面应变断裂韧度的KIc测试 30
1.4 Ⅰ型裂纹尖端的塑性区及KI因子的塑性修正 36
1.4.1 Ⅰ型裂纹尖端的塑性区 36
1.4.2 应力强度因子KI的塑性修正 41
1.4.3 线弹性断裂力学的适用范围 43
1.5 复合型裂纹的脆性断裂准则 44
1.5.1 最大周向应力理论（σθ准则） 45
1.5.2 能量释放率理论（G准则） 45
1.5.3 应变能密度因子理论（S准则） 46
1.5.4 复合裂纹脆性断裂理论的工程处理准则 47
1.5.5 复合裂纹脆性断裂理论的应用实例 48
参考文献 51
第2章 金属材料的弹塑性断裂力学基础 52
2.1 裂纹张开位移（COD）理论 52
2.1.1 COD的定义 53
2.1.2 COD参量δ的表达式 54
2.1.3 COD理论的断裂判据 61
2.1.4 材料临界COD的测试 61
2.1.5 COD断裂理论的应用 63
2.2 J积分理论 65
2.2.1 J积分回路定义及其守恒性 65
2.2.2 J积分与裂纹尖端应力应变场 68
2.2.3 J和GI以及COD的关系 69
2.2.4 J积分的工程估算方法 71
2.2.5 J积分理论的启裂判据 77
2.2.6 J积分的形变功定义 77
2.2.7 J主导条件 79
2.2.8 J积分理论的失稳扩展的判据 79
2.3 弹塑性断裂韧度与阻力曲线的测试 81
2.3.1 施加力F与位移V的关系曲线 82
2.3.2 弹塑性断裂韧度δ特征值的测定 82
2.3.3 弹塑性断裂韧度J特征值的测定 84
2.3.4 材料阻力曲线的测试 86
参考文献 91
第3章 金属材料的疲劳破坏与寿命预测 92
3.1 概述 92
3.2 疲劳载荷与疲劳破坏 93
3.2.1 疲劳载荷 93
3.2.2 几种疲劳概念 94
3.2.3 疲劳设计的观点 94
3.2.4 疲劳破坏的过程 95
3.3 疲劳裂纹的亚临界扩展速率与寿命预测 97
3.3.1 疲劳裂纹扩展的门槛值 97
3.3.2 疲劳裂纹的亚临界扩展速率 98
3.3.3 疲劳裂纹扩展寿命的估算 99
3.3.4 应用实例 101
3.4 影响疲劳裂纹扩展的因素 104
3.4.1 平均应力的影响 104
3.4.2 过载峰的影响 105
3.4.3 加载频率的影响 107
3.4.4 温度的影响 108
3.4.5 环境的影响 108
3.5 应力腐蚀开裂与腐蚀疲劳裂纹扩展 108
3.5.1 材料的应力腐蚀开裂 108
3.5.2 材料的腐蚀疲劳破坏 115
参考文献 119
第2篇 承压设备安全评定技术与规范 120
第4章 安全评定技术 120
4.1 概述 120
4.2 安全评定技术 121
4.2.1 单判据评定技术 121
4.2.2 双判据评定技术 123
4.3 评定中安全系数的确定 129
4.3.1 总安全系数 129
4.3.2 分安全系数 130
4.3.3 概率分安全系数 130
参考文献 132
第5章 我国承压设备的安全评定技术 134
5.1 前言 134
5.2 平面缺陷的断裂失效评定 135
5.2.1 断裂评定所需要的资料与数据 136
5.2.2 平面缺陷的断裂评定 143
5.3 非平面缺陷的断裂评定 154
5.3.1 凹坑缺陷的断裂评定 154
5.3.2 气孔与夹渣缺陷的断裂评定 156
5.4 平面缺陷的疲劳评定 157
5.4.1 疲劳评定所需数据的确定 157
5.4.2 疲劳裂纹应力强度因子幅值△K的计算 159
5.4.3 免于疲劳评定的判别 158
5.4.4 疲劳裂纹扩展量的计算 159
5.4.5 容许裂纹尺寸的计算与安全性评价 160
5.4.6 平面缺陷疲劳评定例题 160
5.5 非平面缺陷的疲劳评定 163
5.5.1 评定步骤 164
5.5.2 评定例题 166
5.6 压力管道的安全评定 169
5.6.1 概述 169
5.6.2 含平面缺陷压力管道的安全评定 170
5.6.3 含体积型缺陷压力管道的安全评定 172
参考文献 175
第6章 国外承压设备安全评定的相关标准 176
6.1 概述 176
6.2 欧洲工业结构完整性评定方法SINTAP 176
6.2.1 基本内容 177
6.2.2 多级评定与失效评定曲线 177
6.2.3 SINTAP规程新发展的一些细节 182
6.3 美国石油学会API 579:2007 183
6.3.1 含局部减薄缺陷承压设备的评定 184
6.3.2 受火损伤承压设备的评定 191
6.4 英国标准BS7910:2005 196
6.4.1 BS7910与PD6493 196
6.4.2 “爆破前泄漏”的评定方法 197
6.5 美国机械工程师学会锅炉与压力容器规范 201
6.5.1 IWB-3640简介 202
6.5.2 基于失效模式的评定规程和验收准则 203
6.5.3 基于失效评定图的评定规程和验收准则 211
6.5.4 根据施加应力的压力管道评定方法 214
参考文献 215
第7章 概率断裂力学及其安全评定基础 216
7.1 概述 216
7.2 可靠性分析基本原理及方法 216
7.3 压力容器缺陷评定中主要参数的统计特性 218
7.3.1 初始缺陷尺寸的分布规律 218
7.3.2 裂纹检出率的分布规律 219
7.3.3 缺陷尺寸参数的不确定性与无损检测概率（DP）的定量关系 220
7.3.4 断裂韧度的分布规律 221
7.4 压力容器缺陷概率安全评定 221
7.4.1 压力容器缺陷概率安全评定方法研究进展 221
7.4.2 例题 225
7.5 模糊概率断裂简介 226
7.6 随机有限元法在断裂力学中的应用 230
7.6.1 位移偏导数？{u}/？Yj的计算 230
7.6.2 应力偏导数？{σ}/？Yj的计算 231
7.6.3 刚度矩阵偏导数？[K]/？Yj的计算 231
7.6.4 Jacob矩阵的行列式的偏导数？｜J｜/？Yj的计算 232
7.6.5 随机有限元方法在断裂力学中的应用 232
参考文献 233