第1章 结构与材料的疲劳——引言 1
1.1关于本书的内容 4
1.2关于本书的使用 5
1.3关于本书所附的光盘 6
参考文献 7
第1部分 恒幅载荷下的疲劳 11
第2章 材料中的疲劳现象 11
2.1引言 11
2.2疲劳寿命的不同阶段 11
2.3裂纹起始 12
2.4裂纹扩展 14
2.5关于疲劳机制的更详细论述 16
2.5.1材料的晶体学本质 18
2.5.2夹杂处的裂纹起始 19
2.5.3小裂纹、裂纹扩展阻滞、裂纹扩展门槛 22
2.5.4裂纹核的数量 24
2.5.5表面影响 27
2.5.6宏观裂纹扩展与疲劳条纹 30
2.5.7环境影响 33
2.5.8循环拉伸和循环扭转 36
2.6疲劳断裂的特征 37
2.6.1微观特征 38
2.6.2宏观特征 39
2.7本章要点 43
参考文献 43
第3章 缺口处的应力集中 47
3.1引言 47
3.2应力集中系数Kt的定义 48
3.3应力集中的解析计算 49
3.3.1应力梯度 51
3.3.2沿缺口边缘的应力梯度 53
3.4缺口几何形状对Kt的影响 54
3.5应力集中的另外一些方面 61
3.5.1纯剪切 61
3.5.2双轴载荷 61
3.5.3开孔的增强措施 63
3.6缺口的叠加 63
3.7确定应力集中的方法 65
3.8本章要点 68
参考文献 68
第4章 残余应力 71
4.1引言 71
4.2残余应力的不同来源 72
4.2.1不均匀的塑性变形 73
4.2.2加工工艺 74
4.2.3喷丸强化 75
4.2.4塑性胀孔 76
4.2.5热处理 76
4.2.6装配应力 77
4.3残余应力的测量或计算 78
4.4高载荷后缺口处残余应力的估算 78
4.5如何去除残余应力 81
4.6本章要点 82
参考文献 82
第5章 裂纹应力强度因子 84
5.1引言 84
5.2各种类型的裂纹 85
5.3应力强度因子的定义 86
5.4应力强度因子实例 88
5.4.1无限多条共线裂纹 89
5.4.2中心裂纹拉伸试样 90
5.4.3边缘裂纹 91
5.4.4孔边裂纹 92
5.4.5裂纹边缘受载 94
5.4.6紧凑拉伸试样 96
5.5通过叠加得到应力强度因子K 97
5.6前缘为曲线的裂纹 99
5.7裂纹张开与应力状态 101
5.8裂纹尖端塑性 104
5.9若干能量考虑 106
5.10应力强度因子的确定 107
5.11相似性概念和应力强度因子K的应用 108
5.12本章要点 109
参考文献 110
第6章 疲劳性能 113
6.1引言 113
6.2光滑试样疲劳性能描述 114
6.2.1 S-N曲线 115
6.2.2疲劳图 117
6.3光滑试样疲劳强度的若干总体方面 119
6.3.1疲劳极限Sf和抗拉强度Su的关系 119
6.3.2平均应力影响 121
6.3.3光滑试样的尺寸效应 122
6.3.4载荷类型，拉伸、弯曲、扭转 125
6.3.5复合加载 127
6.4低周疲劳 129
6.5本章要点 133
参考文献 134
第7章 缺口试样的疲劳强度 137
7.1引言 137
7.2缺口试样的疲劳极限，Sm =0 138
7.2.1相似性原理与缺口敏感性 138
7.2.2缺口试样疲劳极限的尺寸效应 139
7.3缺口试样的疲劳极限，Sm 〉0 145
7.4循环扭转下的缺口效应 150
7.5复合加载情况下疲劳极限的缺口效应 152
7.6表面光洁度的重要性 153
7.7关于疲劳极限预测的讨论 156
7.7.1连杆，Sm=0 156
7.7.2起重杆构件，Smin =0， R=0 157
7.7.3带肩部圆角的轴的旋转弯曲 158
7.7.4对疲劳极限预测的若干一般性评论 160
7.8缺口试样的S-N曲线 160
7.9本章要点 164
参考文献 165
第8章 疲劳裂纹扩展——分析与预测 166
8.1引言 166
8.2疲劳裂纹扩展性能描述 167
8.2.1试验结果 167
8.2.2应力强度因子与相似性概念 168
8.2.3恒ΔK试验 172
8.3疲劳裂纹扩展区 172
8.3.1门槛值区 172
8.3.2 Paris区 176
8.3.3稳态撕裂扩展区 177
8.4裂纹闭合 178
8.4.1塑性诱发的裂纹闭合和ΔKeff 178
8.4.2平面应变/平面应力 182
8.4.3厚度对疲劳裂纹扩展的影响 184
8.4.4其他的裂纹闭合机理 184
8.5不同材料的裂纹扩展数据 185
8.6疲劳裂纹扩展预测 190
8.6.1若干基本方面 190
8.6.2穿透裂纹的裂纹扩展预测 193
8.6.3部分穿透裂纹扩展的预测 196
8.6.4最后的评论 199
8.7本章要点 200
参考文献 201
第2部分 载荷谱与变幅载荷下的疲劳 209
第9章 载荷谱 209
9.1引言 209
9.2加载于服役结构中的不同载荷类型 210
9.3载荷历程的描述 214
9.3.1穿级计数法 214
9.3.2扁平和陡峭的载荷谱 217
9.3.3变程计数法 218
9.3.4雨流计数法 219
9.3.5关于计数法更多的评论 221
9.3.6随机高斯过程 223
9.4载荷谱的确定 225
9.4.1定性的方法 225
9.4.2定量的方法 227
9.5服役-模拟疲劳试验与载荷谱 230
9.6本章要点 233
参考文献 234
第10章 变幅载荷下的疲劳 237
10.1引言 237
10.2 Miner准则 238
10.2.1低于疲劳极限应力幅值的载荷循环的影响 239
10.2.2缺口根部塑性的影响 240
10.2.3断裂时的裂纹长度 242
10.2.4 Miner准则的基本错误是什么 242
10.3变幅载荷的疲劳试验结果 244
10.4变幅载荷的其他疲劳寿命预测方法 249
10.4.1损伤计算和S-N曲线向疲劳极限以下外延 249
10.4.2相对Miner准则 253
10.4.3应变历程预测模型 253
10.4.4基于服役-模拟疲劳试验的预测 255
10.5关于变幅载荷疲劳寿命的讨论 258
10.5.1特定零件的寿命估计与Miner准则 259
10.5.2关于设计应力水平影响的考虑 260
10.5.3设计改进的不同选择之间的比较 260
10.5.4不同载荷谱的比较 260
10.6本章要点 261
参考文献 262
第11章 变幅载荷下的疲劳裂纹扩展 264
11.1引言 264
11.2简单变幅应力历程下的裂纹扩展 265
11.2.1非交互作用行为 265
11.2.2过载循环的影响 266
11.2.3裂纹与缺口的区别 268
11.2.4材料厚度的影响 268
11.2.5材料屈服应力的影响 269
11.2.6过载循环块 270
11.2.7延迟的迟滞 270
11.2.8裂纹扩展迟滞的原因：裂纹闭合或裂纹尖端塑性区内的残余应力 272
11.2.9材料表面的裂纹闭合更多 273
11.2.10变幅载荷下取向不匹配的裂纹前缘 274
11.3复杂变幅应力历程下的裂纹扩展 275
11.3.1载荷顺序效应 275
11.3.2厚度的影响 278
11.3.3缺口边初期快速裂纹扩展 278
11.3.4载荷截取的影响 279
11.4变幅载荷下的疲劳裂纹扩展预测模型 281
11.4.1非交互作用模型 281
11.4.2变幅载荷下疲劳裂纹扩展预测的交互作用模型 282
11.5对变幅载荷下疲劳裂纹扩展预测方法的评价 289
11.5.1工程方面 289
11.5.2关于预测模型的有效性 289
11.6本章要点 291
参考文献 292
第3部分 疲劳试验与分散性 301
第12章 疲劳与分散性 301
12.1引言 301
12.2分散性的来源 301
12.3分散性的描述 302
12.3.1疲劳寿命的统计分布 303
12.3.2两个案例 306
12.3.3疲劳强度和疲劳极限的统计分布 307
12.4分散性的一些实际方面 310
12.4.1疲劳极限与安全系数 310
12.4.2分散性与变幅加载 311
12.4.3疲劳裂纹扩展的分散性 312
12.4.4同种类型的不同结构的分散性 313
12.4.5服役中有征兆的或偶然的疲劳破坏 314
12.4.6分散性取决于结构如何使用 314
12.5本章要点 315
参考文献 316
第13章 疲劳试验 318
13.1引言 318
13.2疲劳试验计划的目的 318
13.3试样 319
13.3.1光滑试样 320
13.3.2缺口试样 321
13.3.3结构 321
13.4疲劳试验步骤 323
13.4.1试样制备 323
13.4.2试样安装 323
13.4.3试验计划的试验步骤 324
13.4.4服役模拟疲劳试验 324
13.5疲劳试验结果的报告 326
13.6裂纹扩展测量的相关方面 327
13.6.1裂纹长度测量 327
13.6.2断口表面分析 329
13.6.3裂纹闭合测量 331
13.7本章要点 333
参考文献 333
第4部分 特殊疲劳条件 339
第14章 表面处理 339
14.1引言 339
14.2表面处理的几个方面 339
14.2.1材料表层疲劳抗力 340
14.2.2表面粗糙度 344
14.2.3残余应力 345
14.3表面处理的若干实际方面 348
14.4本章要点 348
参考文献 349
第15章 微动腐蚀 351
15.1引言 351
15.2微动腐蚀机理 351
15.3微动腐蚀的影响因素 353
15.3.1夹紧力的影响 354
15.3.2摩擦运动幅值的影响 355
15.3.3不同材料的微动腐蚀 356
15.3.4材料表面粗糙度的影响 357
15.3.5环境对微动腐蚀的影响 357
15.3.6平均应力的影响 357
15.3.7变幅载荷下的微动腐蚀 358
15.4避免微动腐蚀问题的方法 358
15.4.1防止金属接触 360
15.4.2微动损伤的减轻 362
15.5本章要点 363
参考文献 364
第16章 腐蚀疲劳 366
16.1引言 366
16.2腐蚀疲劳的一些方面 367
16.2.1气态环境中的腐蚀疲劳 369
16.2.2液态环境中的腐蚀疲劳 371
16.3腐蚀疲劳的实际方面 377
16.4一个案例 378
16.5本章要点 379
参考文献 380
第17章 高温和低温疲劳 383
17.1引言 383
17.2高温疲劳的两个例子 384
17.2.1涡轮叶片 384
17.2.2超声速运输机：“协和”号飞机 385
17.3高温下的疲劳性能 386
17.4低温下的疲劳 389
17.5一些一般性评论 392
参考文献 393
第5部分 连接接头与结构的疲劳 397
第18章 连接接头的疲劳 397
18.1引言 397
18.2耳片的疲劳 398
18.3数排螺栓或铆钉的对称对接接头 403
18.4受拉螺栓 405
18.5带偏心的铆接和螺接接头 409
18.5.1铆钉挤压力的影响 414
18.5.2铆接搭接接头的疲劳寿命预测 417
18.6胶接接头 417
18.7连接接头疲劳性能预测的一般讨论 419
18.8本章要点 420
参考文献 421
第19章 焊接接头的疲劳 424
19.1引言 424
19.2一些常规方面 424
19.3焊缝的几何因素 426
19.4恒幅载荷下的疲劳寿命考虑 431
19.5变幅载荷下焊接接头的疲劳寿命 436
19.6两个特例 437
19.6.1压力容器 437
19.6.2管状海上结构 438
19.7点焊接头 439
19.8本章要点 439
参考文献 440
第20章 结构的抗疲劳设计 443
20.1引言 443
20.2各类结构的疲劳问题 443
20.3抗疲劳设计 445
20.3.1裂纹起始方面 445
20.3.2材料选择 446
20 3.3表面处理 446
20.3.4通过细节设计改进应力分布 447
20.3.5大尺度设计问题 447
20.4不确定性、分散性和安全系数 447
20.4.1不确定性 447
20.4.2分散性和安全系数 448
20.5若干案例 453
20.5.1改进的台阶圆角 453
20.5.2不对称孔边加强件引起的附加弯曲 455
20.5.3用设计不合理的修补板修理的含裂纹机翼壁板 455
20.5.4青马大桥的在线结构健康监测 458
20.6总结性结论 460
参考文献 461
第6部分 纤维—金属层板的疲劳抗力 465
第21章 纤维—金属层板的疲劳抗力 465
21.1引言 465
21.2不含纤维的层板材料 466
21.3纤维—金属层板Arall和Glare 469
21.3.1纤维—金属层板概念 470
21.3.2作为薄板的纤维—金属层板 471
21.3.3 Glare的裂纹扩展 472
21.3.4 Glare元件的疲劳性能 475
21.4关于Glare的进一步讨论 477
21.4.1 Glare的一些典型性能 478
21.4.2 Glare结构的设计和制造 479
21.5结束语 480
参考文献 481
附录 485
引言 485
Ⅰ习题和各章小结 487
Ⅰ.1习题 487
Ⅰ.2答案 503
Ⅰ.3各章小结 521
Ⅰ.4绘图纸 532
Ⅱ案例 535
Ⅱ.1引言 535
Ⅱ.2重型摩托车前轮所有辐条的疲劳断裂 536
Ⅱ.3片弹簧失效 537
Ⅱ.4起落架案例 538
Ⅱ.5小型直升机桨叶断裂 538
Ⅱ.6膨胀联轴器失效 540
Ⅱ.7灯柱案例 541
Ⅱ.8“彗星”号案例 543
Ⅱ.9耳片连接 545
Ⅲ若干专题 546
Ⅲ.1抗疲劳设计 546
Ⅲ.2疲劳试验——为什么和怎样做 553
Ⅳ关于未来疲劳问题的研究 557
Ⅳ.1引言 557
Ⅳ.2疲劳裂纹扩展机理 559
Ⅳ.3断口研究的重要性 560
Ⅳ.4变幅载荷下的疲劳裂纹扩展预测 562
Ⅳ.5断裂力学预测和勾线载荷 563
Ⅳ.6服役中的载荷测量 565
Ⅳ.7研究项目 565
Ⅳ.8后记 567