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第一章绪论1

1.1 概率断裂力学的提出1

1.2 概率断裂力学（PFM）的理论基础4

1.3 概率损伤容限方法概述4

1.4 结构耐久性分析概述5

第二章断裂力学与损伤容限分析的基础知识7

2.1 引言7

2.2 线弹性断裂力学基础7

2.2.1 应力强度因子理论7

2.2.2 能量理论12

2.2.3 裂纹尖端塑性区13

2.3 弹塑性断裂力学基础15

2.3.1 J积分理论15

2.3.2 裂纹尖端张开位移17

2.4 损伤容限设计与分析18

2.4.1 基本概念18

2.4.2 疲劳裂纹扩展19

2.4.3 剩余强度26

2.4.4 损伤检查27

2.4.5 损伤容限分析步骤27

第三章疲劳载荷谱30

3.1 引言30

3.2 疲劳载荷谱的编制31

3.2.1 飞机重复载荷源31

3.2.2 飞—续—飞疲劳载荷谱编制的一般方法36

3.2.3 谱的计数法38

3.2.4 随机载荷谱实验模拟41

3.2.5 超越数谱的离散化42

第四章断裂特性的可靠性分析46

4.1 断裂韧度（KIc）试验的可靠性分析46

4.1.1 KIc的分布特性46

4.1.2 安全断裂韧度50

4.1.3 KIc试验的最少试件数51

4.1.4 KIc的统计对比52

4.2 延性断裂韧度（JIc）试验的可靠性分析53

4.2.1 JIc的分布特性53

4.2.2 JR曲线的回归处理与JIc总体均值区间估计54

4.2.3 安全延性断裂韧度JIc,p与对应的KIc,p55

4.2.4 JIc的统计对比55

4.3 薄板裂纹扩展阻力（KR）曲线的可靠性分析56

4.3.1 相同△a下KR值的分布特性56

4.3.2 平均KR曲线与KR,p曲线59

4.3.3 KR曲线的函数拟合60

4.3.4 KR曲线的统计对比60

4.4 疲劳裂纹扩展速率（da/dN）试验的可靠性分析61

4.4.1 da/dN及应力强度因子变程的确定62

4.4.2 基于（a,N）数据的统计分布63

4.4.3 基于（da/dN,△K）数据的统计分布64

4.4.4 引入随机变量X的统计分布65

4.4.5 基于蒙特卡罗法的统计分布66

4.4.6 四种方法的比较67

4.4.7 da/dN试验的最少试件数68

第五章基于断裂特性可靠性处理的概率损伤容限分析70

5.1 引言70

5.2 检测概率曲线与初始缺陷尺寸71

5.2.1 检测概率曲线71

5.2.2 初始缺陷尺寸78

5.3.1 三维裂纹情况81

5.3 安全临界裂纹长度与剩余强度81

5.3.2 薄板裂纹情况82

5.4 安全裂纹扩展寿命计算83

5.4.1 块谱情况83

5.4.2 随机谱情况84

第六章含裂纹结构的安全可靠性分析模型86

6.1 引言86

6.2 剩余强度干涉模型86

6.2.1 裂纹尖端应力强度因子概率分布计算模型87

6.2.2 剩余强度安全可靠性模型89

6.2.3 评价89

6.3.1 裂纹扩展寿命分布模型及参数估计90

6.3.2 临界裂纹尺寸分布90

6.3 裂纹扩展寿命干涉模型90

6.3.3 裂纹扩展寿命安全可靠性模型91

6.4 两种模型的比较91

6.4.1 两种安全可靠性模型的一致性91

6.4.2 两种模型的比较分析91

6.5 高周小载荷下含裂纹结构的安全可靠性模型92

6.5.1 无限寿命结构的安全可靠性模型92

6.5.2 基于裂纹扩展随机性的安全可靠性模型94

6.6 结论95

第七章基于谱载荷下随机裂纹扩展的概率损伤模型96

7.1 引言96

7.2 谱载荷下的裂纹扩展随机模型96

7.2.1 da/dt随机过程模型97

7.2.2 da/dt随机变量模型98

7.3.2 初始裂纹尺寸为随机变量的情况99

7.3.1 初始裂纹尺寸为定值的情况99

7.2.3 a—t随机模型99

7.3 概率损伤容限分析模型99

第八章含多裂纹结构的确定性裂纹扩展分析101

8.1 引言101

8.2 多部位损伤元件应力强度因子的工程计算103

8.2.1 多裂纹结构应力强度因子计算的组合法103

8.2.2 多部位损伤元件应力强度因子计算的工程方法107

8.3 疲劳裂纹扩展分析111

8.3.1 一排孔含共线裂纹的裂纹扩展分析112

8.3.2 多元件损伤结构的裂纹扩展分析113

9.2 含相互独立相同细节多裂纹结构的概率损伤容限评定118

9.2.1 单应力区情况118

9.1 引言118

第九章含多裂纹结构的概率损伤容限评定118

9.2.2 多应力区情况119

9.3 多裂纹相互干扰情况下的概率损伤容限评定121

9.3.1 相互干扰多裂纹的随机扩展模型121

9.3.2 多裂纹相互干扰情况下的结构安全可靠性模型125

第十章结构疲劳损伤容限评定的损伤容限额定值（DTR）系统128

10.1 DTR系统的主导思想128

10.2 DTR系统的基本原理129

10.2.1 疲劳损伤检测概率129

10.2.2 DTR的导出及其定义130

10.3 DTR系统的评定方法131

10.3.1 确定裂纹扩展曲线131

10.3.2 检查方法132

10.3.3 可检裂纹扩展曲线和检测概率133

10.3.4 进行DTR估算136

10.3.5 完成DTR检查表140

10.4 DTR系统的应用142

第十一章结构原始疲劳质量（IFQ）评估144

11.1 引言144

11.1.1 结构原始疲劳质量（IFQ）的概念与意义144

11.1.2 IFQ的表示形式144

11.1.3 建立通用EIFS分布的思路与步骤145

11.1.4 模拟试件耐久性试验概述145

11.2 建立EIFS分布的TTCI反推法的三参数威布尔模型146

11.2.1 EIFS控制曲线146

11.2.2 TTCI分布及参数估计148

11.2.3 通用EIFS分布150

11.2.4 多重细节试件β的统计标定155

11.3.1 引言156

11.3 TTCI反推法的双参数威布尔模型156

11.3.2 TTCI分布及参数估计157

11.3.3 通用EIFS分布157

11.3.4 a=常数的特定情况160

11.4 TTCI反推法的对数正态模型160

11.4.1 引言160

11.4.2 TTCI分布及参数估计161

11.4.3 通用EIFS分布161

11.4.4 多重细节参数的统计标定163

11.4.5 TTCI试验的最少试件数164

11.5 建立EIFS分布的EIFS拟合法164

11.5.1 引言164

11.5.2 Xik的确定165

11.5.3 通用EIFS分布166

11.5.4 多重细节参数的统计标定167

12.1 引言169

12.1.1 PFMA的总体步骤169

12.1.2 耐久性分析的对象与范围169

第十二章耐久性分析的概率断裂力学方法（PFMA）169

12.1.3 细节群的应力区划分170

12.2 使用期裂纹扩展控制曲线（SCGMC）170

12.2.1 SCGMC的概念与意义170

12.2.2 SCGMC的数学表达式171

12.2.3 确定SCGMC的方法172

12.2.4 用断口数据集确定SCGMC的方法173

12.2.5 用裂纹扩展解析程序确定SCGMC的方法174

12.3 裂纹超越数176

12.3.1 各应力区的裂纹超越概率176

12.3.3 结构细节群的裂纹超越数177

12.3.2 各应力区的裂纹超越数177

12.3.4 含多种细节群的结构裂纹超越数178

12.4 损伤度评估与经济寿命预测178

12.4.1 损伤度评估178

12.4.2 经济寿命预测180

12.4.3 修理后的经济寿命预测180

12.4.4 紧固孔细节群损伤度评估时对IFQ的工程处理181

第十三章耐久性分析的确定性裂纹增长方法（DCGA）与裂纹萌生方法（CIA）181

13.1 耐久性分析的确定性裂纹增长方法（DCGA）182

13.1.1 引言182

13.1.2 初始缺陷的假设183

13.1.3 相对小裂纹（当量）扩展速率公式184

13.2.1 引言186

13.2 耐久性分析的裂纹萌生方法（CIA）186

13.1.5 DCGA对应的结构损伤计算186

13.1.6 DCGA的分析结论186

13.1.4 裂纹扩展解析程序186

13.2.2 结构细节裂纹萌生p—s—N曲线188

13.2.3 各应力区的裂纹超越概率随时间的变化规律191

13.2.4 结构损伤度评估与经济寿命预测192

13.2.5 裂纹萌生方法的改进193

第十四章可修复结构的耐久性与概率损伤容限分析195

14.1 引言195

14.1.1 必要性与意义195

14.1.2 工程中常用的两种不同修理方案195

14.2 指定修理范围情况下的修理后使用期与破坏危险性评估196

14.2.1 修理后使用期（经济寿命）评估196

14.2.2 破坏危险性评估199

14.3 修理检测出裂纹情况下的修理后使用期与破坏危险性评估200

14.3.1 有关定义200

14.3.2 第二次使用期分析201

14.3.3 第三次使用期分析203

14.3.4 任意个使用期的通用表达式205

14.3.5 破坏危险性评估206

第十五章确定结构非周期性检查间隔的贝叶斯方法208

15.1 引言208

15.2 基本假设和定义208

15.2.1 时间单位208

15.2.2 检测方法208

15.2.5 检出概率209

15.2.6 破坏率和元件可靠性209

15.2.3 疲劳裂纹形成209

15.2.4 疲劳裂纹扩展209

15.3 检测时可能发生的事件210

15.3.1 概率事件E1,j211

15.3.2 概率事件E2,j211

15.3.3 概率事件E3,j212

15.3.4 概率事件E4,j212

15.3.5 概率事件E5,j213

15.3.6 概率事件A、B1和B2213

15.4 一个元件在最近一次检测t？之后的可靠性213

15.4.1 第j次检测时修理或替换的元件213

15.4.2 第j次检测时不修理的元件213

15.5.1 不确定性参数及其先验性相关密度函数214

15.5.2 由第j次检测得到的似然函数214

15.5 贝叶斯分析214

15.5.3 不确定性参数的经验性相关密度函数215

15.5.4 在最近一次检测时间tj之后的瞬间t*时整个结构的可靠性215

15.6 计算确定下一次检测时间tj+1216

15.7 结论与推荐217

第十六章工程应用实例218

16.1 某歼击机机翼主梁的耐久性和概率损伤容限评定218

16.1.1 结构概况218

16.1.2 模拟试件的耐久性／概率损伤容限试验概述219

16.1.3 机翼主梁的耐久性评定220

16.1.4 机翼主梁的概率损伤容限评定222

16.2 运输机机翼下壁板加筋结构概率损伤容限评估224

16.2.1 破损－安全结构的设计特点224

16.2.2 飞机加筋结构概率损伤容限分析技术224

16.2.3 运输机机翼下壁板加筋结构概率损伤容限评估实例227

参考文献236