本書共12章，第1章為緒論；第2～5章為疲勞分析基礎篇，介紹材料循環(huán)特性，常幅疲勞的高周疲勞曲線和低周疲勞曲線，變幅疲勞的損傷累積理論，隨機疲勞的循環(huán)計數(shù)方法及結(jié)構(gòu)疲勞分析方法；第6～9章為斷裂力學基礎篇，介紹線彈性斷裂力學和彈塑性斷裂力學基本理論及疲勞裂紋擴展相關(guān)知識；第10～12章為應用和發(fā)展篇，介紹基于有限元方法的結(jié)構(gòu)疲勞與斷裂分析及典型工程案例，以及疲勞與斷裂力學研究新進展。
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目錄
第1章 緒論 1
1.1 引言 1
1.1.1 疲勞的發(fā)現(xiàn)與研究歷程 1
1.1.2 斷裂力學的發(fā)展歷程 4
1.2 疲勞分析簡介 8
1.2.1 疲勞的定義 8
1.2.2 疲勞的特點 8
1.2.3 疲勞的分類 9
1.2.4 疲勞的研究方法和抗疲勞設計 10
1.2.5 疲勞的產(chǎn)生機制 12
1.3 斷裂力學簡介 16
1.3.1 斷裂力學的特點 16
1.3.2 斷裂力學的分類 17
1.3.3 斷裂力學的研究方法 18
1.4 章節(jié)安排 19
參考文獻 20
第2章 材料循環(huán)變形行為和常幅疲勞分析 22
2.1 循環(huán)載荷的表征 22
2.2 材料的循環(huán)應力-應變響應 23
2.2.1 單調(diào)應力-應變響應和塑性加-卸載曲線 23
2.2.2 循環(huán)應力-應變滯回環(huán)和包辛格(Bauschinger)效應 24
2.2.3 循環(huán)軟化和循環(huán)硬化效應 25
2.2.4 循環(huán)應力幅值-應變幅值曲線 26
2.2.5 非對稱循環(huán)下的平均應力松弛和棘輪行為 27
2.3 高周疲勞S-N曲線 29
2.3.1 高周疲勞S-N曲線的特點 29
2.3.2 高周疲勞S-N曲線的表達式 30
2.3.3 高周疲勞S-N曲線的近似估計 30
2.4 低周疲勞?-N曲線 34
2.4.1 低周疲勞?-N曲線的特點 34
2.4.2 低周疲勞?-N曲線的估計和平均應力修正 35
2.5 影響疲勞的因素 36
2.5.1 應力(應變)幅值和平均應力 36
2.5.2 載荷形式的影響 36
2.5.3 尺寸效應 36
2.5.4 表面狀態(tài) 37
2.5.5 其他因素 37
習題 37
參考文獻 38
第3章 損傷累積理論和變幅疲勞分析 39
3.1 線性疲勞損傷累積理論 39
3.2 變幅載荷和隨機載荷 41
3.2.1 變幅載荷譜 41
3.2.2 隨機載荷譜 42
3.3 循環(huán)計數(shù)法 42
3.3.1 雨流計數(shù)法 42
3.3.2 載荷的等損傷轉(zhuǎn)換 44
3.4 隨機載荷下的彈塑性應力-應變響應 45
3.4.1 單調(diào)加載的應力-應變響應 45
3.4.2 循環(huán)加載的應力幅值-應變幅值響應 46
3.4.3 循環(huán)加載的增量應力-應變響應 46
3.4.4 加卸載的記憶效應 47
3.4.5 隨機載荷下的應力-應變歷程計算 48
習題 50
參考文獻 51
第4章 結(jié)構(gòu)疲勞分析基礎 52
4.1 缺口效應 53
4.2 名義應力法 55
4.3 局部應力-應變法 57
4.4 基于有限元計算的大型結(jié)構(gòu)疲勞分析方法 61
習題 64
參考文獻 64
第5章 材料疲勞試驗及數(shù)據(jù)處理 65
5.1 高周疲勞試驗 65
5.1.1 試驗方法 65
5.1.2 高周疲勞S-N曲線的繪制 68
5.2 低周疲勞試驗 68
5.2.1 試驗方法 68
5.2.2 低周疲勞?-N曲線的繪制 69
5.3 疲勞數(shù)據(jù)的分散性和概率疲勞P-S-N曲線 70
5.3.1 疲勞數(shù)據(jù)的分散性 70
5.3.2 正態(tài)分布 71
5.3.3 標準正態(tài)分布 73
5.3.4 Weibull分布 74
5.3.5 判斷疲勞壽命分布類型的方法 75
5.3.6 P-S-N曲線 76
習題 78
參考文獻 79
第6章 線彈性斷裂力學 80
6.1 斷裂力學簡介 80
6.1.1 斷裂力學基本概念 80
6.1.2 裂紋的定義及分類 80
6.2 裂紋尖端附近的應力場和應變場 81
6.2.1 Ⅰ型裂紋 81
6.2.2 Ⅱ型裂紋 86
6.2.3 Ⅲ型裂紋 88
6.3 能量理論 89
6.3.1 Griffith理論 89
6.3.2 Orowan理論 91
6.3.3 能量釋放率及其斷裂判據(jù) 91
6.4 應力強度因子理論 94
6.4.1 應力強度因子的定義 94
6.4.2 常用應力強度因子的計算 95
6.4.3 應力強度因子斷裂判據(jù) 99
習題 100
參考文獻 101
第7章 彈塑性斷裂力學 102
7.1 裂紋尖端的塑性區(qū) 102
7.1.1 裂紋尖端塑性區(qū)的大小 102
7.1.2 裂紋尖端小范圍屈服時的應力強度因子修正 106
7.2 裂紋尖端張開位移 108
7.2.1 Irwin小范圍屈服條件下的COD 108
7.2.2 D-B帶狀屈服區(qū)模型的COD 109
7.2.3 基于裂紋尖端張開位移的斷裂判據(jù) 113
7.3 J積分理論 114
7.3.1 J積分的定義及守恒性 114
7.3.2 HHR應力、應變場及基于J積分的斷裂判據(jù) 117
7.3.3 J積分與其他參數(shù)的關(guān)系 119
習題 121
參考文獻 121
第8章 材料斷裂性能測試試驗 122
8.1 斷裂韌性KIC試驗 122
8.1.1 試驗方法 122
8.1.2 試驗數(shù)據(jù)處理 127
8.2 斷裂韌性JIC試驗 131
8.3 斷裂韌性?c試驗 134
8.3.1 試驗方法 134
8.3.2 試驗數(shù)據(jù)處理 136
習題 137
第9章 疲勞裂紋擴展分析 138
9.1 疲勞裂紋的形成及其擴展 138
9.1.1 疲勞裂紋的形成 138
9.1.2 疲勞裂紋擴展 140
9.2 疲勞裂紋擴展速率及其試驗 142
9.2.1 a-N曲線 142
9.2.2 da/dN-?K曲線及Paris公式 143
9.2.3 疲勞裂紋擴展速率參數(shù)的試驗確定 144
9.3 疲勞裂紋擴展壽命預測 145
9.3.1 裂紋擴展壽命計算公式 145
9.3.2 算例 147
9.4 影響疲勞裂紋擴展的一些因素 149
9.4.1 平均應力的影響 149
9.4.2 加載頻率的影響 150
9.4.3 過載峰的影響 151
9.4.4 腐蝕環(huán)境的影響 153
習題 154
參考文獻 155
第10章 基于有限元方法的結(jié)構(gòu)疲勞與斷裂分析 156
10.1 壓力容器疲勞壽命預測 156
10.1.1 有限元模型 156
10.1.2 疲勞壽命預測 157
10.2 疲勞裂紋擴展預測 161
10.2.1 理論依據(jù) 161
10.2.2 材料模型 162
10.2.3 有限元模型 164
10.2.4 材料參量輸入 164
10.2.5 載荷和邊界條件 165
10.2.6 疲勞裂紋擴展預測 166
習題 167
參考文獻 168
第11章 結(jié)構(gòu)疲勞及斷裂典型案例分析 169
11.1 高速鐵路輪軌滾動接觸疲勞分析 169
11.1.1 研究背景 169
11.1.2 有限元模型 170
11.1.3 疲勞壽命預測模型 175
11.1.4 結(jié)果與討論 176
11.2 高速列車車軸損傷容限分析 180
11.2.1 研究背景 180
11.2.2 有限元模型 181
11.2.3 損傷容限分析方法 184
11.2.4 結(jié)果與討論 185
習題 189
參考文獻 189
第12章 疲勞與斷裂力學研究新進展 191
12.1 疲勞研究新進展 191
12.1.1 蠕變-疲勞交互作用研究 191
12.1.2 棘輪-疲勞交互作用研究 194
12.1.3 超高周疲勞行為研究 198
12.1.4 多軸疲勞研究 199
12.2 斷裂力學研究新進展 204
12.2.1 動態(tài)斷裂力學研究 205
12.2.2 宏微觀斷裂力學研究 206
12.2.3 多場耦合斷裂力學研究 208
參考文獻 212
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