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第一章 断裂敏感结构的有关材料可靠性概率研究1

1.1 概论1

1.1.1 引言1

1.1.2 一般的可靠性概念2

1.1.3 疲劳可靠性模式的回顾3

1.1.4 危险率概率11

1.2 P-S-N 分析12

1.2.1 引论12

1.2.2 P-S-N 曲线12

1.2.3 失效循环数取决于构件初始强度时的可靠性12

1.2.4 时变应力强度14

1.2.5 进一步的讨论14

1.3.2 随机裂纹扩展16

1.3.1 引言16

1.3 随机裂纹扩展16

1.3.3 显著较弱点随机裂纹扩展19

1.4 研究疲劳失效的微机制方法20

1.4.1 引言20

1.4.2 微机制学的基本概念20

1.4.3 疲劳裂纹起始22

1.4.4 疲劳裂纹扩展23

1.4.5 疲劳裂纹实验研究25

1.4.6 理论与实验结果的比较26

1.5 基于概率微机制的疲劳可靠性规律27

1.5.1 引言27

1.5.2 微机制疲劳可靠性关系式27

1.5.3 疲劳可靠性规律的实验研究28

1.6 结论33

2.1 引言34

2.2 基本假设34

第二章 飞机结构的概率损伤容限分析34

2.3 载荷谱35

2.3.1 载荷与环境的规范35

2.3.2 使用中载荷谱的采集36

2.3.3 载荷顺序、截取38

2.3.4 分散性考虑38

2.4 应力和应力强度分析39

2.4.2 结构模型39

2.4.2 可用的手册和文献结果42

2.4.3 剩余强度、接触应力、摩擦力的影响43

2.5.2 质量控制45

2.5.3 当量初始裂纹尺寸45

2.5.1 缺陷分布45

2.5 缺陷45

2.5.4 美军损伤容限要求48

2.6 裂纹扩展49

2.6.1 等幅裂纹扩展速率49

2.6.2 变幅裂纹扩展速率51

2.6.3 裂纹扩展速率的变异性52

2.6.4 预计疲劳裂纹扩展53

2.6.5 裂纹增长的随机模型56

2.7 断裂力学与剩余强度64

2.7.1 材料特性64

2.7.2 线弹性断裂力学66

2.7.3 非线性断裂力学68

2.7.4 断裂韧性的分散性70

2.7.5 破坏概率72

2.8 使用寿命期内的检查74

2.8.1 损伤源及检查方法74

2.8.2 无损检测方法的裂纹检出概率75

2.8.3 间隔长度77

2.8.4 美国军用损伤容限要求78

2.8.5 多次检查后裂纹尺寸分布79

2.9 结构安全性82

2.9.1 关于美国空军损伤容限要求的讨论82

2.9.2 结构的剩余强度84

2.9.3 安全性分析85

2.9.4 数值例子86

2.10 结论92

第三章 飞机结构可靠性和危险性分析94

3.1.1 可靠性概念95

3.1 引言95

3.2 可靠性和危险性基础数学97

3.2.1 具有不同危险率的混合总体98

3.3 结构破坏的物理情况100

3.3.1 载荷作用100

3.3.2 结构特性101

3.4 模拟真实结构情况的统计数学模型103

3.5 无检查可靠性-安全寿命情况106

3.5.1 静极限载荷破坏的危险率106

3.5.2 考虑强度降低的破坏危险率107

3.5.3 危险分类108

3.5.4 平均瞬时危险率110

3.5.5 强度-时间曲线的截除110

3.5.6 含初始裂纹的结构112

3.6 可检结构的破坏危险率113

3.5.7 含有多破坏模式和部位的结构113

3.7.1 安全寿命情况-超高强度材料115

3.7 举例115

3.7.2 用检查保证安全性的情况：典型的铝合金材料116

3.8 可接受的危险率119

3.9 可靠性估算的可靠性120

3.9.1 与H抽样有关的置信区间120

3.9.2 与抽样σ108H有关的置信域121

3.9.3 与Uo抽样有关的置信区间121

3.9.4 与载荷谱外推有关的置信度122

3.9.5 与用检查保证安全的结构有关的置信度122

3.10 一般讨论122

第四章 用于飞机结构的随机裂纹扩展模型124

4.1 引言124

4.2.1 随机裂纹扩展模型125

4.2 疲劳裂纹扩展的随机模型125

4.2.2 含紧固件孔试件的疲劳裂纹扩展数据126

4.2.3 对数正态裂纹扩展速度模型和分析方法127

4.2.4 对数正态随机过程模型131

4.2.5 对数正态白噪声模型132

4.2.6 对数正态随机变量模型132

4.2.7 与实验室试验结果的关系134

4.3 二次矩近似法138

4.3.1 w(t)的均值和标准差139

4.3.2 威布尔近似法140

4.3.3 伽码和其它近似法141

4.3.4 二次矩近似法和实验室试验结果间的关系142

4.4.1 最佳双曲正弦裂纹扩展速率函数143

4.4 中心裂纹试件的疲劳裂纹扩展143

4.4.2 随机模型和二次矩近似法144

4.4.3 与实验室试验结果的关系145

4.5 影响疲劳裂纹扩展概率预计值的因素148

4.5.1 疲劳裂纹扩展分析方法148

4.5.2 对每个试件取等量数据点148

4.5.3 数据处理方法149

4.6 结论和讨论149

第五章 飞机结构的耐久性152

5.1 引言152

5.2 耐久性设计要求153

5.2.1 分析要求153

5.2.2 试验要求153

5.3.2 经济寿命准则/指导方法154

5.3.1 耐久性关键构件准则154

5.3 耐久性分析准则154

5.4 耐久性分析方法156

5.4.1 一般描述156

5.4.2 假设和限制159

5.4.3 原始疲劳质量模型(IFQ模型)159

5.4.4 耐久性分析步骤162

5.5 耐久性分析实施细节163

5.5.1 EIFS分布163

5.5.2 试验及断口观察指南165

5.5.3 断口观察数据组合的概念166

5.5.4 EIFS分布参数的确定168

5.5.5 参数β的统计标定176

5.5.6 裂纹超越概率177

5.6.1 战斗机机翼下蒙皮179

5.5.7 表示耐久性分析结果的格式179

5.6 耐久性分析验证179

5.6.2 轰炸机载荷谱作用下的复杂拼接试样185

5.7 耐久性分析的“确定性方法”与“概率方法”的比较190

5.7.1 确定性的裂纹扩展方法190

5.7.2 概率方法190

5.7.3 概念上的比较191

5.7.4 结论192

5.8 归纳及结论性评述193

第六章 加压水反应堆容器的可靠性194

6.1 引言194

6.2 压力容器破坏统计196

6.2.2 非核容器197

6.2.1 核主管路197

6.3 一般物理模型198

6.3.1 裂纹--起始、发现及修理202

6.3.2 材料韧性和破坏机理203

6.3.3 疲劳裂纹扩展206

6.3.4 瞬时加载208

6.4 数学公式208

6.4.1 破坏积分的一般表示法210

6.4.2 确定的裂纹扩展212

6.4.3 预载的影响：“冷水试验”214

6.5 物理量的分布函数215

6.5.1 初始裂纹尺寸分布函数215

6.5.2 断裂韧性和流动应力218

6.5.3 疲劳裂纹扩展和传递函数219

6.6.1 美国和欧洲轻水反应堆压力容器计算220

6.6 应用220

6.6.2 结果和结论的评述221

6.7 结论228

第七章 概率断裂力学应用于核工业中的反应堆压力容器、主冷却液管道和钢外壳233

7.1 引言233

7.2 反应堆压力容器233

7.2.1 反应堆压力容器脆性断裂234

7.2.2 缺陷分布235

7.2.3 检查和试验的影响236

7.2.4 结果237

7.3 主冷却液管道237

7.3.1 主冷却液管道的渗漏237

7.3.2 缺陷在焊缝中的分布模型238

7.3.3 振动的影响239

7.4 钢外壳240

7.4.1 双判据方法241

7.4.2 材料特性的分布241

7.4.3 缺陷尺寸的分布243

7.4.4 结果245

7.5 结论248

第八章 概率断裂力学的数值方法249

8.1 引言249

8.2 输入数据的处理249

8.2.1 曲线拟合249

8.2.2 由不完全数据的外推252

8.2.3 模型计算255

8.3 计算破坏概率的数值方法257

8.3.1 蒙特卡罗法257

8.3.2 方差的减少258

8.3.3 对PFM的应用263

8.4 近似法266

8.4.1 基本思路266

8.4.2 非线性函数g和非正态分布270

8.4.3 对PFM的应用271

第九章 概率断裂力学275

9.1 引言275

9.2 一般讨论277

9.2.1 背景277

9.2.2 确定性的基础277

9.3 PFM的统计基础278

9.4 工程模型及PFM279

9.5.1 讨论280

9.5 数值方法280

9.5.2 MC方法论281

9.6 PFM应用例子286

9.6.1 带有纯PFM型的SF的优化286

9.6.2 纯PFM的破坏率预测288

9.6.3 采用CPFM的可检构件的RFC297

9.6.4 难以检查的涡轮轴内腔的CPFM303

9.6.5 通用CPFM的先进计算机应用305

9.7 结论意见310

9.7.1 摘要310

9.7.2 将来的考虑311

9.7.3 结论313

附录A 本书使用的度量单位313

附录B 度量衡换算关系314

参考文献315