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第1章 绪论1

1．1 研究内容及其历史发展过程1

1．2 疲劳设计方法8

1．2．1 总寿命法9

1．2．2 损伤容限法9

1．2．3 不同方法的比较11

1．3 机理性基础知识的重要性11

1．4 连续介质力学13

1．4．1 线弹性原理15

1．4．2 应力不变量17

1．4．3 塑性原理18

1．5 延性单晶体的形变23

习题27

第2章 延性固体的循环形变30

2．1 单晶体的循环应变硬化31

2．2 单晶体循环硬化的不稳定性36

2．3 单晶体的循环饱和38

2．4 沿驻留滑移带的形变41

2．5 驻留滑移带的位错结构44

2．5．1 合金化效应和交滑移的影响46

2．5．2 试验温度的影响47

2．5．3 复合模型48

2．6 驻留滑移带的形成49

2．7 迷宫结构和胞结构的形成55

2．8 晶体结构的影响56

2．8．1 体心立方晶体的位错结构56

2．8．2 体心立方晶体在疲劳过程中的形状变化58

2．9 小结：单向形变与循环形变的比较60

2．10 晶界效应62

2．11 多晶体的循环硬化和软化63

2．12 滑移特征效应和合金化的影响67

2．13 沉淀效应69

2．14．1 术语72

2．14 Bauschinger效应72

2．14．2 机制73

2．15 单轴疲劳和多轴疲劳的连续介质模型76

2．15．1 并联亚单元模型79

2．15．2 加工硬化模量场81

2．15．3 循环塑性的双表面模型86

2．15．4 其它方法89

2．15．5 金属墓复合材料的Bauschinger效应90

2．16 循环蠕变(棘齿效应)93

习题96

第3章 延性固体的疲劳裂纹萌生97

3．1 表面粗糙度和疲劳裂纹萌生97

3．1．1 早期的观察和观点98

3．1．2 近期的试验结果100

3．2 空位偶极子模型102

3．3 裂纹沿PSB萌生109

3．4 表面在裂纹萌生中的作用111

3．5 环境对裂纹萌生的影响112

3．6 循环滑移的运动学不可逆性113

3．7 裂纹沿晶界萌生114

3．8 工业合金牛的裂纹萌生119

3．8．1 夹杂和气孔近旁的裂纹萌生119

3．8．2 微观力学模型123

3．9 环境对工业合金疲劳裂纹萌生的影响124

习题125

第4章 疲劳寿命的应力或应变唯象描述方法128

4．1 应力—寿命法129

4．2 平均应力对疲劳寿命的影响132

4．3 累积损伤134

4．4 表面处理的影响135

4．5 应变——寿命法138

习题142

5．1 Griffith断裂理论144

第5章 断裂力学原理及其在描述疲劳中的应用144

5．2 能量释放率和裂纹扩展驱动力146

5．3 线弹性断裂力学148

5．3．1 断裂的宏观表现方式149

5．3．2 平面问题150

5．3．3 K控制的条件158

5．3．4 断裂韧性159

5．3．5 疲劳裂纹扩展的描述159

5．4 G和K的等效性160

5．5 单向加载的塑性区尺寸161

5．5．1 Irwin近似161

5．5．2 Dugdale模型162

5．5．3 Barenblatt模型163

5．6 循环加载的塑性区尺寸164

5．7 弹—塑性断裂力学167

5．7．1 J积分167

5．7．2 Hutchinson—Rice-Rosengren(HRR)奇异场168

5．7．3 裂纹顶端张开位移169

5．7．4 J控制的条件170

5．7．5 疲劳裂纹扩展的描述172

5．8 含微裂纹固体的I型场175

5．9 复合型断裂力学178

5．9．1 延性固体的Ⅰ—Ⅱ复合型断裂179

5．9．2 微开裂固体的Ⅰ一Ⅱ复合型断裂181

5．10 裂纹偏折183

5．10．1 分叉弹性裂纹184

5．10．2 由裂纹偏折引起的多轴断裂187

5．10．3 分叉裂纹的塑性近顶端场188

习题191

第6章 延性固体疲劳裂纹的扩展193

6．1 裂纹扩展的描述194

6．1．1断裂力学方法194

6．1．2 疲劳寿命计算196

6．2．1 第1阶段裂纹扩展197

6．2 疲劳裂纹扩展的微观阶段197

6．2．2 第Ⅱ阶段裂纹扩展及疲劳辉纹200

6．2．3 有关辉纹形成的模型201

6．2．4 环境对第Ⅱ阶段疲劳的影响204

6．3 疲劳裂纹扩展的不同区段204

6．4 疲劳裂纹的近门槛扩展206

6．4．1 有关疲劳门槛现象的模型208

6．4．2 微观组织结构尺寸的影响210

6．4．3 滑移特征的影响212

6．4．4 疲劳门槛值的测定216

6．5 裂纹扩展的中间区218

6．6 高扩展速率区222

习题223

第7章 恒幅疲劳裂纹扩展的阻滞226

7．1 塑性诱发的裂纹闭合227

7．1．1 机制227

7．1．2 解析模型233

7．1．3 数值模型237

7．1．4 载荷比对疲劳门槛值的影响239

7．2 氧化物诱发的裂纹闭合241

7．2．1 机制242

7．2．2 环境效应的本质243

7．3 裂纹面粗糙诱发的裂纹闭合246

7．3．1 机制247

7．3．2 疲劳门槛的显微组织效应的实质248

7．4 粘滞性流体诱发的裂纹闭合250

7．4．1 机制251

7．4．2 对裂纹扩展的影响251

7．5 相变诱发的裂纹闭合253

7．6 疲劳裂纹闭合的基本特征255

7．7 裂纹闭合的定量化处理问题256

7．8 疲劳裂纹的偏折258

7．8．1 线弹性分析258

7．8．2 预测结果和实验观察262

7．9 其它阻滞机制265

7．9．1 复合材料中的裂纹桥接266

7．9．2 裂纹顶端屏蔽271

7．10 先进金属体系中的裂纹扩展阻滞272

习题274

第8章 应力集中部位的疲劳裂纹萌生和扩展277

8．1 应力—寿命法277

8．2 局部应变法278

3．3 缺口疲劳的断裂力学分析281

8．3．1 裂纹形核门槛283

8．3．2 缺口部位的裂纹扩展283

8．4 不扩展的拉伸疲劳裂纹286

8．5 循环压缩中的裂纹萌生287

8．5．1 机制288

8．5．2 应力状态的影响291

8．5．3 第一周循环的作用292

习题295

第9章 疲劳小裂纹297

9．1 小裂纹的定义299

9．2 相似性300

9．3 显微组织对小裂纹扩展的影响300

9．4 小裂纹的门槛条件302

9．4．1 过渡裂纹尺寸302

9．4．2 循环塑性区的临界尺寸305

9．4．3 滑移带模型305

9．5 小裂纹扩展的连续介质力学方法308

9．5．1 小裂纹的近顶端场308

9．5．2 近顶端塑性309

9．5．3 缺口根部塑性310

9．6 疲劳裂纹的物理微小性效应313

9．6．1 力学效应313

9．6．2 环境效应315

9．7 “短裂纹问题”的起源317

习题319

第10章 变幅疲劳321

10．1 变幅谱载荷321

10．2 累积损伤概念323

10．3．4 裂纹的偏折或分叉323

10．3 拉伸超载的阻滞效应324

10．3．1 塑性诱发的裂纹闭合326

10．3．2 裂纹顶端钝化327

10．3．3 残余压应力327

10．3．5 近门槛的机制329

10．3．6 其它考虑332

10．4 压缩超载后的瞬态效应333

10．5 载荷顺序的影响336

10．5．1 块拉伸裁荷顺序336

10．5．2 拉—压载荷顺序340

10．6 寿命预测模型341

10．6．1 屈服区模型342

10．6．2 裂纹闭合的数值模型343

10．6．3 工程方法344

10．6．4 特征方法344

习题345

第11章 多轴疲劳347

11．1 总寿命法347

11．2 非同相加载350

11．3 Ⅰ—Ⅱ复合型疲劳裂纹扩展352

11．3．1 复合型疲劳断裂图353

11．3．2 复合型裂纹路径354

11．3．3 综合性短评357

11．4 Ⅰ一Ⅲ复合型疲劳裂纹扩展358

11．4．1 裂纹扩展特性359

11．4．2 真实扩展阻力的估计363

11．4．3 变幅疲劳365

习题366

12．1 腐蚀疲劳的机制368

第12章 环境对疲劳行为的影响：腐蚀疲劳和蠕变疲劳368

12．1．1 含氢气体369

12．1．2 水介质370

12．1．3 金属脆372

12．2 腐蚀疲劳裂纹的形核373

12．2．1 气体环境373

12．2．2 水环境374

12．3 腐蚀疲劳裂纹的扩展376

12．3．1 腐蚀疲劳裂纹扩展类型378

12．3．2 脆性辉纹的形成381

12．3．3 力学因素的影响383

12．3．4 腐蚀疲劳模型386

12．4 低温疲劳388

12．5 高温下的疲劳损伤和裂纹萌生389

12．5．1 损伤的微观机制389

12．5．2 寿命预测方法395

12．6 高温疲劳中的裂纹扩展398

12．6．1 高温裂纹扩展的断裂力学描述399

12．6．2 蠕变疲劳裂纹扩展的描述403

12．6．3 小结405

习题407

第13章 脆性固体的疲劳408

13．1 脆性的分级409

13．2 高脆性固体411

13．2．1 机制411

13．2．2 本构模型413

13．2．3 高温行为419

13．3 半脆性固体422

13．3．1 位错塞积引起的裂纹形核423

13．3．2 疲劳形变426

13．4 相变韧化陶瓷429

13．4．1 现象学429

13．4．2 本构模型433

13．5 陶瓷的静载行为与循环受载行为的比较437

13．6 循环压缩下的裂纹萌生与扩展439

13．7 拉伸疲劳裂纹前缘的循环损伤区447

13．8 循环拉伸疲劳与拉伸一压缩疲劳448

13．8．1 疲劳裂纹的室温扩展449

13．8．2 高温下的疲劳裂纹扩展453

习题458

第14章 半晶材料和非晶材料的疲劳461

14．1 循环应力—应变响应467

14．1．1 循环软化467

14．1．2 热效应469

14．1．3 破坏模式的影响473

14．2 应力寿命法和应变寿命法474

14．3 疲劳裂纹扩展的描述477

14．4 疲劳裂纹扩展机制480

14．4．1 疲劳辉纹480

14．4．2 非连续扩展带483

14．4．3 银纹化与剪切流变的综合效应487

14．4．4 剪切带490

14．4．5 某些带普遍性的观察结果491

14．4．6 变幅疲劳494

14．5 金属玻璃的疲劳494

14．6 有机复合材料的疲劳496

14．6．1 非连续增强复合材料496

14．6．2 连续纤维增强复合材料499

习题500

15．1 安全—寿命概念和失效—安全概念502

第15章 某些设计考虑和失效事例研究502

15．2 目标退役503

15．3 循环计数法505

15．4 飞机构件的疲劳失效507

15．5 髋股骨整体部件的疲劳失效514

习题520

附录 一些常用的裂纹几何条件的应力强度因子522

参考文献528