《机械设计中的材料失效 分析、预测、预防》

第一章 预防性失效分析在机械设计中的应用1

1．1 引言1

1．2 设计的定义1

1．3 一种挑战2

1．4 设计目标3

1．5 结论4

习题5

第二章 机械失效的形式6

2．1 失效形式的定义6

习题7

2．2 在实际中观察到的失效形式8

2．3 机械失效形式的名词术语汇编10

第三章 工程金属的强度和变形18

3．1 引言18

3．2 切应力作用时的应变反应24

3．3 弹性变形26

3．4 塑性变形26

一、滑移26

二、滑移所需要的临界剪切分应力28

三、孪晶现象33

四、晶界滑移和扩散性蠕变35

五、多晶体中的晶界的作用35

六、应变率的影响36

3．5 断裂36

3．6 位错理论引言40

一、位错几何学41

二、位错运动46

三、位错的牵制、产生和相互影响49

3．7 线性弹性断裂力学入门54

3．8 断裂力学在设计中的应用65

3．9 弹塑性断裂力学73

3．10 概念的应用74

3．11 结论77

习题77

参考文献80

第四章 应力状态82

4．1 引言82

4．2 一个点的应力状态82

4．3 主正应力88

4．4 主切应力93

4．5 概念的应用98

习题103

参考文献105

5．2 工程应力-应变和真实应力-应变的概念106

5．1 引言106

第五章 应力和应变之间的关系106

5．3 弹性应力-应变的关系113

5．4 塑性应力-应变的关系121

5．5 概念的应用126

习题132

参考文献136

第六章 组合应力失效理论及其在设计中的应用137

6．1 引言137

6．2 最大正应力理论(兰金理论)139

6．3 最大切应力理论(特瑞斯卡-格斯特理论)141

6．4 最大正应变理论(圣·维南理论)144

6．5 总应变能理论(贝尔特雷米理论)146

6．6 歪形能理论(休伯-冯·米塞斯-亨凯理论)149

6．7 在二向应力状态下失效理论的比较155

6．8 莫尔失效理论157

6．9 失效理论评价综述161

6．10 作为设计方法的组合应力失效理论162

6．11 概念的应用164

习题172

参考文献177

第七章 高循环疲劳178

7．1 引言178

7．2 历史的回顾179

7．3 疲劳的性质181

7．4 疲劳载荷185

7．5 实验室疲劳试验187

7．6 S-N-P曲线——一个基本的设计工具196

7．7 影响S-N-P曲线的因素201

一、材料成分201

二、晶粒尺寸和晶粒方向202

三、热处理204

四、焊接204

五、几何形状上的不连续性211

六、表面状况212

七、尺寸效应216

八、表面残余应力219

九、工作温度223

十、腐蚀223

十一、微动作用227

十二、运转速度228

十三、应力-时间模型的图形231

十四、非零平均应力233

十五、损伤累积234

7．8 在设计中考虑的各种因素235

7．9 非零平均应力的影响236

7．10 概念的应用244

7．11 多向疲劳应力246

一、多向最大正应力疲劳失效理论247

二、多向最大切应力疲劳失效理论248

三、多向歪形能疲劳失效理论249

7．12 多向疲劳失效理论的应用251

7．13 概念的应用251

习题257

参考文献260

第八章 累积损伤的概念，寿命预测和断裂控制263

8．1 引言263

8．2 线性损伤理论264

8．3 累积损伤理论267

一、马可-斯塔基累积损伤理论268

二、亨利累积损伤理论271

三、盖特斯累积损伤理论273

四、科顿-多伦累积损伤理论279

五、马林累积损伤理论289

六、曼森双线性损伤法则293

8．4 概念的应用296

8．5 以局部应力-应变和断裂力学概念为基础的寿命预测303

8．6 研究裂纹扩展的断裂力学方法315

8．7 工作载荷模拟和全尺寸疲劳试验324

8．8 损伤容限和断裂控制326

8．9 概念的应用331

习题334

参考文献345

第九章 统计在疲劳分析中的应用349

9．1 引言349

9．2 定义349

9．3 总体的分布352

9．4 抽样分布357

9．5 统计假设369

9．6 置信限372

9．7 良好估计量的性质374

9．8 满足置信度要求的样本容量374

9．9 概率纸375

9．10 均值和方差的比较384

9．11 结束语390

习题390

参考文献392

第十章 疲劳试验规程和数据的统计分析393

10．1 引言393

10．2 标准方法393

10．3 恒定应力水平试验394

10．4 响应法或存活法(概率单位法)396

10．5 步进试验法399

10．6 普洛特法401

10．7 阶梯法或升降法404

10．8 极值法409

10．9 结束语411

习题411

参考文献414

第十一章 低循环疲劳415

11．1 引言415

11．2 应变循环的概念416

11．3 应变-寿命曲线和低循环疲劳的关系420

11．4 非零平均应变和非零平均应力的影响424

11．5 低循环疲劳中的累积损伤427

11．6 多向应力状态的影响427

11．7 热疲劳与低循环疲劳的关系428

11．9 概念的应用430

11．8 简要的结论430

习题435

参考文献436

第十二章 应力集中438

12．1 引言438

12．2 应力集中效应441

12．3 弹性范围内的应力集中系数442

12．4 塑性范围内的应力集中系数和应变集中系数452

12．5 复合切口的应力集中系数453

12．6 疲劳应力集中系数和切口敏感指数455

12．7 概念的应用460

习题471

参考文献474

13．1 引言475

第十三章 蠕变、持久断裂和疲劳475

13．2 长期蠕变特性的预测477

13．3 预测蠕变特性的理论480

13．4 单向应力状态下的蠕变482

13．5 多向应力状态下的蠕变488

13．6 累积蠕变的概念490

13．7 蠕变和疲劳的组合494

习题514

参考文献522

第十四章 微动、微动疲劳和微动磨损524

14．1 引言524

14．2 微动过程中的主要参数525

14．3 微动疲劳526

14．4 微动磨损536

14．5 微动腐蚀540

14．6 减少或防止微动损伤的措施542

习题543

参考文献544

第十五章 冲击和撞击546

15．1 引言546

15．2 求撞击载荷下的应力和变形量近似值的能量法547

15．3 撞击载荷下的应力波的传播553

15．4 质点速度和波的传播速度558

15．5 自由端和固定端的应力波特性562

15．6 受突加轴向力的杆中的应力波的传播565

15．7 由于滞后阻尼作用而引起的应力波衰减567

15．8 运动质量撞击杆端时，杆中应力波的传播572

15．9 杆端受运动质量撞击时的杆内最大应力581

15．10 应力超过材料屈服限时的应力波的传播586

15．11 材料性能在撞击载荷下的变化587

15．12 撞击载荷下的鳞剥或痂剥595

15．13 撞击载荷下的应力集中效应和应变集中效应598

15．14 概念的应用601

15．15 结束语604

习题604

参考文献608

第十六章 翘曲和失稳609

16．1 引言609

16．2 简单铰接机构的翘曲609

16．3 端部铰接支柱的翘曲611

16．4 端部支承对支柱翘曲的影响616

16．5 支柱翘曲中的非弹性性状619

16．6 概念的应用622

16．7 受弯曲的窄高梁的侧向翘曲626

16．8 受扭转的细圆轴的侧向翘曲630

16．9 其它翘曲现象633

习题634

参考文献636

第十七章 磨损、腐蚀及其它重要的失效形式637

17．1 引言637

17．2 磨损637

一、粘附磨损638

二、磨粒磨损645

三、腐蚀磨损649

四、表面疲劳磨损650

五、变形磨损、微动磨损和撞击磨损651

17．3 零磨损的经验模型652

17．4 概念的应用657

17．5 腐蚀660

二、电腐蚀663

三、裂隙腐蚀665

四、点蚀666

五、晶界腐蚀666

六、选择性浸析667

一、直接化学腐蚀667

七、冲刷腐蚀668

八、气穴腐蚀668

九、氢损伤669

十、生物腐蚀669

17．6 应力腐蚀破裂670

17．7 结束语671

习题672

参考文献674

单位换算表675

英汉术语对照索引676