斷裂力學(xué)及其工程應(yīng)用

《斷裂力學(xué)及其工程應(yīng)用》可作為高等工科院校機(jī)械、動(dòng)力和力學(xué)專(zhuān)業(yè)本科生與研究生的斷裂力學(xué)課程教材，也可供有關(guān)專(zhuān)業(yè)的工程技術(shù)人員使用。

《斷裂力學(xué)及其工程應(yīng)用》 - 編輯推薦《斷裂力學(xué)及其工程應(yīng)用》可作為高等工科院校機(jī)械、動(dòng)力和力學(xué)專(zhuān)業(yè)本科生與研究生的斷裂力學(xué)課程教材，也可供有關(guān)專(zhuān)業(yè)的工程技術(shù)人員使用。

緒論

第一章 線彈性斷裂力學(xué)

1.1 裂紋及其對(duì)強(qiáng)度的影響

1.1.1 裂紋的分類(lèi)

1.1.2 裂紋對(duì)材料強(qiáng)度的影響

1.1.3 探傷結(jié)果與裂紋尺寸的換算

1.2 能量釋放率斷裂理論

1.2.1 Griffith理論

1.2.2 Orowan嘲理論

1.2.3 能量釋放率及其斷裂判據(jù)

1.3 應(yīng)力強(qiáng)度因子斷裂理論

1.3.1 裂紋尖端區(qū)域的應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)

1.3.2 應(yīng)力強(qiáng)度因子斷裂判據(jù)

1.3.3 深埋裂紋與表面裂紋問(wèn)題

1.3.4 K判據(jù)的工程應(yīng)用實(shí)例

1.3.5 G與K的關(guān)系

1.4 裂紋尖端的塑性區(qū)及K因子的塑性修正

1.4.1 屈服判據(jù)

1.4.2 裂紋前端屈服區(qū)的大小

1.4.3 塑性區(qū)修正

第二章 復(fù)合型裂紋

2.1 最大周向應(yīng)力準(zhǔn)則

2.2 能量釋放率準(zhǔn)則

2.3 應(yīng)變能密度因子準(zhǔn)則

2.4 工程上應(yīng)用的近似斷裂判據(jù)

第三章 彈塑性斷裂力學(xué)

3.1 COD理論

3.1.1 COD定義及COD判據(jù)

3.1.2 D-B帶狀屈服區(qū)模型的COD

3.1.3 全面屈服條件下的COD

3.1.4 CDD判據(jù)的工程應(yīng)用

3.2 J積分理論

3.2.1 J積分的回路積分定義及其守恒性

3.2.2 J與G以及COD的關(guān)系

3.2.3 J積分的形變功率定義

3.2.4 J積分的計(jì)算及工程估算方法

第四章 常用斷裂參數(shù)的測(cè)試

4.1 平面應(yīng)變斷裂韌度KIc的測(cè)試

4.1.1 試樣制備

4.1.2 測(cè)試裝置

4.1.3 測(cè)試步驟

4.1.4 試驗(yàn)結(jié)果的處理

4.2 臨界COD的實(shí)驗(yàn)測(cè)定

4.3 J積分的實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法

4.3.1 J積分的實(shí)驗(yàn)標(biāo)定

4.3.2 JR阻力曲線法

第五章 疲勞問(wèn)題

5.1 疲勞裂紋的形成及擴(kuò)展

5.1.1 疲勞裂紋的形成

5.1.2 疲勞裂紋的擴(kuò)展

5.1.3 高周疲勞與低周女

5.2 疲勞裂紋擴(kuò)展速率

5.3 影響疲勞裂紋擴(kuò)展速率的因素

5.3.1 平均應(yīng)力σm的影響

5.3.2 過(guò)載峰的影響

5.3.3 其它影響因素

5.4 應(yīng)變疲勞

5.5 疲勞裂紋擴(kuò)展壽命的估算

5.6 應(yīng)力腐蝕及腐蝕疲勞

第六章 防脆斷設(shè)計(jì)

6.1 幾種主要的防脆斷設(shè)計(jì)方法

6.1.1 基于KIc的設(shè)計(jì)方法

6.1.2 許用缺陷尺寸設(shè)計(jì)方法

6.1.3 壓力容器的缺陷評(píng)定

6.1.4 壓力容器的“先漏后破”(LBB)設(shè)計(jì)方法

6.1.5 按脆性轉(zhuǎn)變溫度設(shè)計(jì)的方法

6.1.6 小結(jié)

6.2 應(yīng)用實(shí)例

第七章 彈塑性斷裂分析工程方法

7.1 EPRI方法及其應(yīng)用

7.1.1 方法簡(jiǎn)介

7.1.2 典型帶缺陷結(jié)構(gòu)的彈塑性解

7.2 裂紋推動(dòng)力圖及其應(yīng)用

7.2.1 裂紋推動(dòng)力圖的制作方法

7.2.2 裂紋推動(dòng)力圖的性質(zhì)

7.2.3 裂紋推動(dòng)力圖的工程應(yīng)用

7.3 穩(wěn)定評(píng)定圖及其應(yīng)用

7.3.1 穩(wěn)定評(píng)定圖的制作

7.3.2 穩(wěn)定評(píng)定圖的性質(zhì)

7.3.3 穩(wěn)定評(píng)定圖的應(yīng)用

第八章 斷裂質(zhì)量控制

8.1 材料評(píng)定

8.1.1 冶金因素對(duì)斷裂韌性的影響

8.1.2 材料的斷裂機(jī)理圖

8.2 用斷裂力學(xué)方法評(píng)定熱處理工藝

8.3 焊接工藝的評(píng)定

8.3.1 焊接缺陷及其評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

8.3.2 焊縫形狀等因素對(duì)應(yīng)力強(qiáng)度因子及疲勞壽命的影響

8.3.3 焊接殘余應(yīng)力及其影響

8.4 檢查與維修

8.4.1 用斷裂力學(xué)方法進(jìn)行質(zhì)量保證和檢查

8.4.2 維修缺陷尺寸的確定

8.4.3 維修周期的確定

第九章 概率斷裂力學(xué)(PFM)

9.1 工程結(jié)構(gòu)的可靠性及概率斷裂力學(xué)

9.2 概率斷裂力學(xué)的設(shè)計(jì)方法

9.3 PFM中主要參數(shù)的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)

9.3.1 裂紋檢測(cè)概率

9.3.2 缺陷尺寸的統(tǒng)計(jì)分布

9.3.3 斷裂韌性的概率統(tǒng)計(jì)性質(zhì)

9.3.4 疲勞裂紋擴(kuò)展速率的概率特性

9.4 PFM在防疲勞斷裂中的應(yīng)用

9.5 蒙特卡洛(Monte Carlo)模擬方法

9.5.1 Monte Carlo方法簡(jiǎn)述

9.5.2 Monte Carlo方法在疲勞壽命預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

附錄

附錄A 正態(tài)分布表

附錄B 第一、二類(lèi)完整橢圓積分表

附錄C 常用應(yīng)力強(qiáng)度因子表2100433B

《斷裂力學(xué)及其工程應(yīng)用》介紹了斷裂力學(xué)的基本理論和工程應(yīng)用方法。全書(shū)共九章，1～5章主要闡述了線彈性斷裂力學(xué)的基本原理和計(jì)算方法，彈塑性斷裂力學(xué)的基本理論，疲勞裂紋擴(kuò)展，以及常用斷裂參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法。6—9章介紹了防止結(jié)構(gòu)脆性斷裂和延性斷裂的工程實(shí)際設(shè)計(jì)方法和分析手段，以及用斷裂力學(xué)進(jìn)行工藝評(píng)定和質(zhì)量控制以防止斷裂的方法，并對(duì)概率斷裂力學(xué)及蒙特卡洛方法進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。

《斷裂力學(xué)及其工程應(yīng)用》可作為高等工科院校機(jī)械、動(dòng)力和力學(xué)專(zhuān)業(yè)本科生與研究生的斷裂力學(xué)課程教材，也可供有關(guān)專(zhuān)業(yè)的工程技術(shù)人員使用。

李慶芬，女，1944年生，遼寧省遼中縣人。1968年畢業(yè)于哈爾濱軍事工程學(xué)院空軍系航空發(fā)動(dòng)機(jī)專(zhuān)業(yè)，同年分配到水電部一局工地勞動(dòng)，1973年調(diào)入哈爾濱船舶工程學(xué)院任教，1980年任講師，1986年任副教授，1992年任教授，1995年任博士生導(dǎo)師。省八屆政協(xié)常委。1980年——1982年作為我國(guó)首批訪問(wèn)學(xué)者赴澳大利亞悉尼大學(xué)，又于1996年作為高級(jí)訪問(wèn)學(xué)者赴英國(guó)格拉斯哥大學(xué)。在斷裂力學(xué)等方面的研究成果有創(chuàng)新和獨(dú)到之處，受到國(guó)內(nèi)外同行的重視。在《工程斷裂力學(xué)》（美國(guó)）、《材料與設(shè)計(jì)》（英國(guó)）、《固體力學(xué)學(xué)報(bào)》（中國(guó)）等國(guó)內(nèi)外一流學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表論文50余篇，其中被國(guó)際權(quán)威檢索刊物（SCI和EIEI）摘引41篇次。主編了《斷裂力學(xué)及其工程應(yīng)用》一書(shū)，主審了《數(shù)控技術(shù)》一書(shū)。負(fù)責(zé)或參加過(guò)“國(guó)家自然科學(xué)基金”、“中船總基金”、“黑龍江省自然科學(xué)基金”等10余項(xiàng)科研項(xiàng)目，多項(xiàng)已通過(guò)國(guó)家級(jí)或省部級(jí)鑒定。獲省部級(jí)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)3項(xiàng)，三等獎(jiǎng)2項(xiàng)。講授過(guò)研究生及本科生課7門(mén)，多次獲教學(xué)優(yōu)秀獎(jiǎng)。指導(dǎo)博士生十余名，碩士生20余名。1993年起享受政府特殊津貼，1996年評(píng)為中船總公司“有突出貢獻(xiàn)中青年專(zhuān)家”，1997年被國(guó)家人事部及國(guó)家教委評(píng)為“全國(guó)優(yōu)秀留學(xué)回國(guó)人員”稱號(hào)。曾在《散文》、《散文世界》、《中國(guó)教育報(bào)》等刊物發(fā)表過(guò)多篇文章，有的被收入中學(xué)課本。

本書(shū)簡(jiǎn)單介紹了斷裂力學(xué)的歷史背景和發(fā)展前景，重點(diǎn)介紹了線彈性斷裂力學(xué)和疲勞裂紋擴(kuò)展與斷裂，同時(shí)介紹了當(dāng)今先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想理念，即結(jié)構(gòu)完整性設(shè)計(jì)（重點(diǎn)介紹損傷容限設(shè)計(jì)）方法和斷裂力學(xué)在金屬結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。

本書(shū)可作為本科生教材，亦可作為非力學(xué)專(zhuān)業(yè)研究生教材，并可供從事航空、土建、機(jī)械和交通等工程領(lǐng)域的科技人員參考。

該教材主要是針對(duì)全國(guó)工程碩士專(zhuān)業(yè)學(xué)位研究生運(yùn)籌學(xué)課程教學(xué)所編寫(xiě)，主要內(nèi)容包括：緒論、線性規(guī)劃及其應(yīng)用、運(yùn)輸規(guī)劃及其應(yīng)用、整數(shù)規(guī)劃及其應(yīng)用、目標(biāo)規(guī)劃及其應(yīng)用、非線性規(guī)劃及其應(yīng)用、存儲(chǔ)論及其應(yīng)用、圖論與網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化及其應(yīng)用、排隊(duì)論及其應(yīng)用、對(duì)策論及其應(yīng)用和決策論及其應(yīng)用等章節(jié)．其中每一章都包括問(wèn)題的工程背景、問(wèn)題的數(shù)學(xué)原理、問(wèn)題的LINGO求解方法、應(yīng)用案例分析和應(yīng)用案例練習(xí)等內(nèi)容．書(shū)中的所有案例和練習(xí)全部是來(lái)自各工程領(lǐng)域的實(shí)際問(wèn)題，共包含50多個(gè)應(yīng)用案例和100多個(gè)應(yīng)用練習(xí)問(wèn)題．最后給出了LINGO軟件使用方法簡(jiǎn)介．

本書(shū)適合作為相關(guān)各工程領(lǐng)域的工程碩士專(zhuān)業(yè)學(xué)位研究生運(yùn)籌學(xué)課程教材，也適合工科各專(zhuān)業(yè)的大學(xué)本科生和非運(yùn)籌學(xué)專(zhuān)業(yè)研究生的運(yùn)籌學(xué)課程教學(xué)使用或作為參考教材，也可供從事相關(guān)研究工作的工程技術(shù)人員參考之用．

第1章緒論1

1.1斷裂力學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展1

1.2斷裂力學(xué)的研究對(duì)象6

1.3斷裂力學(xué)的研究?jī)?nèi)容7

參考文獻(xiàn)8

第2章線彈性斷裂力學(xué)10

2.1線彈性裂紋尖端場(chǎng)11

2.1.1含裂紋體平面問(wèn)題的復(fù)變函數(shù)解法11

2.1.2無(wú)限大板含中心裂紋時(shí)的應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)14

2.2應(yīng)力強(qiáng)度因子18

2.2.1應(yīng)力強(qiáng)度因子的定義和物理含義18

2.2.2應(yīng)力強(qiáng)度因子的計(jì)算方法21

2.2.3有限尺寸對(duì)應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響25

2.3能量原理28

2.3.1能量釋放率28

2.3.2能量釋放率G的計(jì)算或確定31

2.3.3能量釋放率G與應(yīng)力強(qiáng)度因子K的關(guān)系33

2.4脆性斷裂的K準(zhǔn)則34

2.4.1斷裂韌度34

2.4.2脆性斷裂與準(zhǔn)脆性斷裂35

2.5裂紋頂端的塑性區(qū)38

2.5.1Irwin塑性區(qū)模型38

2.5.2應(yīng)力松弛的修正39

2.5.3等效裂紋長(zhǎng)度與應(yīng)力強(qiáng)度因子的修正40

2.5.4 Dugdale模型41

2.5.5塑性區(qū)形狀43

2.5.6平面應(yīng)力狀態(tài)和平面應(yīng)變狀態(tài)的對(duì)比47

2.5.7塑性約束系數(shù)49

2.5.8厚度效應(yīng)51

2.6平面應(yīng)力斷裂和R曲線54

2.7平面應(yīng)力問(wèn)題的工程概念57

2.7.1表觀斷裂韌性57

2.7.2 Feddersen分析方法58

習(xí)題60

參考文獻(xiàn)60

第3章復(fù)合型脆性斷裂61

3.1最大環(huán)向拉應(yīng)力理論61

3.2能量釋放率理論64

3.3應(yīng)變能密度因子理論67

3.3.1拉伸載荷（Ⅰ型）69

3.3.2面內(nèi)剪切載荷（純Ⅱ型）70

3.3.3離面剪切（純Ⅲ型）72

3.3.4復(fù)合型73

3.4復(fù)合型脆性斷裂的工程判據(jù)74

3.4.1直線型75

3.4.2二次曲線（橢圓）型75

3.4.3高次曲線型75

習(xí)題76

參考文獻(xiàn)77

第4章彈塑性斷裂力學(xué)78

4.1 J積分理論78

4.1.1 J積分定義及其守恒性79

4.1.2線彈性條件下J積分與K和G的關(guān)系81

4.1.3 J積分的能量表達(dá)式83

4.1.4裂紋尖端彈塑性場(chǎng)——漸近解90

4.1.5 J主導(dǎo)和J控制裂紋擴(kuò)展91

4.1.6 J積分準(zhǔn)則及其應(yīng)用93

4.2裂紋頂端張開(kāi)位移（COD）94

4.2.1 COD定義95

4.2.2 COD準(zhǔn)則96

4.2.3按Irwin塑性區(qū)求COD97

4.2.4 Dugdale模型與裂紋張開(kāi)位移97

4.2.5 COD設(shè)計(jì)曲線100

4.3 J積分與COD的關(guān)系102

4.4穩(wěn)定擴(kuò)展的裂紋102

4.4.1 J阻力曲線和撕裂模量103

4.4.2裂紋尖端張開(kāi)角107

習(xí)題109

參考文獻(xiàn)110

第5章斷裂力學(xué)實(shí)驗(yàn)112

5.1平面應(yīng)變斷裂韌度KIC的測(cè)試112

5.1.1測(cè)試原理和方法112

5.1.2試樣和試驗(yàn)裝置113

5.1.3試驗(yàn)程序115

5.1.4試驗(yàn)結(jié)果處理和KIC有效性判斷115

5.2表面裂紋斷裂韌度KIe的測(cè)試116

5.2.1測(cè)試原理和方法117

5.2.2試樣118

5.2.3 KⅠe有效性判斷119

5.2.4 KⅠe的應(yīng)用119

5.3平面應(yīng)力斷裂韌度KC的測(cè)試119

5.3.1[COD]法120

5.3.2 R曲線法121

5.4應(yīng)力強(qiáng)度因子K的柔度標(biāo)定法123

5.4.1柔度標(biāo)定法的原理123

5.4.2柔度標(biāo)定法的具體步驟124

5.5臨界裂紋張開(kāi)位移δC的測(cè)試125

5.5.1測(cè)試原理和方法125

5.5.2 V和δ的換算關(guān)系125

5.5.3臨界點(diǎn)的確定126

5.5.4確定起裂點(diǎn)的電位法127

5.6臨界J積分值JIC的測(cè)定128

5.6.1單試樣法測(cè)試JⅠC128

5.6.2 JR阻力曲線法130

習(xí)題133

參考文獻(xiàn)134

第6章疲勞裂紋擴(kuò)展135

6.1概述135

6.1.1疲勞破壞的特點(diǎn)135

6.1.2疲勞裂紋擴(kuò)展機(jī)理和裂紋擴(kuò)展過(guò)程135

6.2恒幅疲勞載荷下裂紋的擴(kuò)展規(guī)律137

6.2.1疲勞裂紋擴(kuò)展速率的概念137

6.2.2疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律138

6.2.3疲勞裂紋擴(kuò)展速率的實(shí)驗(yàn)研究138

6.2.4疲勞裂紋擴(kuò)展速率的表達(dá)式139

6.3影響疲勞裂紋擴(kuò)展的主要因素141

6.3.1應(yīng)力比R（或平均應(yīng)力σm）的影響141

6.3.2環(huán)境影響145

6.3.3加載頻率的影響147

6.3.4材料厚度的影響147

6.3.5應(yīng)力強(qiáng)度因子變程ΔK很高和很低時(shí)裂紋擴(kuò)展速率的特點(diǎn)148

6.3.6超載的影響149

6.4變幅載荷下裂紋擴(kuò)展分析149

6.4.1變幅載荷下疲勞裂紋擴(kuò)展的特點(diǎn)149

6.4.2考慮超載遲滯效應(yīng)的計(jì)算模型153

6.4.3裂紋擴(kuò)展壽命的計(jì)算160

6.5小裂紋疲勞擴(kuò)展的特點(diǎn)160

6.5.1小（短）裂紋的定義和疲勞裂紋擴(kuò)展的特點(diǎn)160

6.5.2小裂紋擴(kuò)展速率的工程估算方法162

6.5.3疲勞全壽命預(yù)測(cè)方法簡(jiǎn)介165

6.6應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展168

6.6.1應(yīng)力腐蝕168

6.6.2腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展172

6.6.3腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展速率的計(jì)算公式175

6.6.4腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展壽命的計(jì)算178

6.7應(yīng)變疲勞178

習(xí)題179

參考文獻(xiàn)180

第7章斷裂力學(xué)在金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用182

7.1飛機(jī)結(jié)構(gòu)損傷容限設(shè)計(jì)[1"para" label-module="para">

7.1.1損傷容限設(shè)計(jì)概念183

7.1.2結(jié)構(gòu)損傷容限設(shè)計(jì)要求和損傷容限結(jié)構(gòu)類(lèi)型185

7.1.3損傷容限設(shè)計(jì)內(nèi)容和步驟189

7.1.4損傷容限設(shè)計(jì)實(shí)例197

7.2焊接結(jié)構(gòu)斷裂安全設(shè)計(jì)[4,5]208

7.2.1焊接結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)208

7.2.2焊接結(jié)構(gòu)脆斷的斷裂力學(xué)分析211

7.2.3焊接結(jié)構(gòu)（零件或構(gòu)件）疲勞裂紋擴(kuò)展壽命估算215

7.2.4焊接結(jié)構(gòu)的脆斷溫度215

7.3壓力容器與管子的斷裂安全設(shè)計(jì)217

7.3.1壓力容器的脆性斷裂218

7.3.2壓力容器的韌性斷裂221

7.3.3斷裂前滲漏設(shè)計(jì)222

習(xí)題226

參考文獻(xiàn)2262100433B