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第一章 断裂力学的基本概念1

一、断裂和安全设计1

二、低应力脆断和断裂力学4

前言7

三、断裂韧性的概念9

四、应力场强度因子和断裂韧性12

五、断裂力学的应用16

一、弹性力学的某些概念20

(一) 应力分量和应变分量20

第二章 线弹性继裂力学20

(二) 虎克定律23

(三) 平面应力和平面应变24

二、裂纹附近的应力场和应力场强度因子26

(一) 三种裂纹组态26

(二) 裂纹顶端附近应力场28

(三) 应力场强度因于K130

三、塑性区及其修正31

(一) 屈服判据32

(二) 裂纹前端屈服区大小35

(三) 塑性区修正38

四、裂纹扩展的能量率Gi42

五、阻力曲线和断裂判据48

第三章 弹塑性断裂力学基础54

一、J积分理论55

(一) J积分的定义55

(二) J积分的能量率表达式57

(三) J积分和裂纹前端应力、应变场的关系62

(四) 临界J积分(J16)64

(一) 线弹性条件下的C·O·D65

二、裂纹顶端张开位移C·O·D65

(二) D-M模型(带状屈服模型)67

(三) J积分和C·O·D的联系70

(四) C·O·D判据的工程应用71

(五) 屈服断裂的C·O·D74

第四章 断裂韧性参数的测试79

一、平面应变断裂韧性Klc测试79

(一) 基本原理80

(二) 测试要求87

(三) 试样的选择和标记89

二、平面应力断裂韧性Kc测试92

(一) 直接测量法93

(二) 标定法94

(三) 阻力曲线(R曲线)法96

(四) 试样尺寸要求98

三、临界J积分(Jlc)的测试98

(一) 基本原理98

(二) 确定开裂点的方法101

(三) 试样尺寸要求102

四、临界C·O·D测试103

(一) 基本原理103

(二) 临界点的确定105

(三) 转动因子106

(四) 试样尺寸要求108

第五章 疲劳裂纹扩展109

一、疲劳破坏和疲劳裂纹109

(一) 疲劳和疲劳破坏109

(二) 疲劳断裂特征113

(三) 缺口形成疲劳裂纹的规律116

二、疲劳裂纹扩展规律117

(一) 疲劳裂纹扩展机构118

(二) 疲劳裂纹扩展速率da/dN119

(三) 应变疲劳122

(四) 疲劳寿命估算123

三、影响da/dN的因素125

(一) 平均应力的影响125

(二) 过载峰的影响127

(三) 影响da/dN的其它因素134

四、da/dN测试135

(一) 基本原理135

(二) 疲劳裂纹长度测量138

第六章 应力腐蚀140

(一) 腐蚀反应141

一、腐蚀和应力腐蚀141

(二) 应力腐蚀142

(三) 氢脆144

二、应力腐蚀裂纹的扩展146

(一) 应力腐蚀临界应力场强度因子KISCG146

(二) 应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt152

(三) 应力腐蚀构件的安全性和寿命估算153

三、超高强钢在水介质中的应力腐蚀156

(一) 应力腐蚀机理156

(二) 影响应力腐蚀的因素157

(一) 恒力试样159

四、KISCG和da/dt的测试159

(二) 恒位移试样162

第七章 裂纹的高速扩展和止裂165

一、裂纹的高速(动态)扩展166

(一) 动态扩展和动能166

(二) 动态断裂韧性168

(三) 裂纹分叉170

(一) 止裂原理172

二、止裂原理和应用172

(二) 加劲板中的止裂176

(三) 多层板和复合材料179

三、动态和止裂断裂韧性KId、K？？的测试180

(一) 双悬臂梁(DCB)试样测KId和K？？181

(二) 高速加载测Kld183

第八章 工程构件KI估算简介186

一、有限元法和光弹法测KI187

(一) 有限元法测KI187

(二) 光弹法测KI189

(一) KI叠加原理及应用192

二、叠加原理及其应用192

(二) 应力场叠加原理及应用196

三、工程构件中实际裂纹的近似处理199

(一) 缺陷群的相互作用200

(二) 裂纹形状对KI的影响202

(三) 塑性区修正204

(四) 有限边界和影响参数法205

第九章 提高断裂韧性的途径208

一、断裂模型和影响因素209

(一) 断裂模型209

(二) 夹杂和第二相对Klc的影响215

(三) 杂质和回火脆217

二、晶粒度对Klc的影响219

三、组织结构对Klc的影响221

(一) 马氏体222

(二) 贝氏体223

(三) 奥氏体224

四、特殊热处理对Klc的影响226

(一) 超高温淬火226

(二) 亚临界区淬火226

(三) 形变热处理227

一、概述231

第十章 断裂力学应用实例231

二、燃气轮机叶轮安全性评价234

(一) 叶轮伤情和受力情况234

(二) 断裂力学参数测试235

(三) 叶轮安全性和寿命估算236

三、带裂纹氨合成塔的安全性分析238

(一) 伤情和工况238

(二) 安性性判据238

(三) 断裂力学参数测试240

(四) 合成塔安全性和寿命估算241

四、用断裂力学作指导研制高压容器242

五、用断裂力学作指导发展代用材料244

附录246

一、裂纹前端应力、应变场246

(一) 平面问题的弹性方程246

(二) 复变函数247

(三) 威斯特噶尔德应力函数251

(四) 双向拉伸I型裂纹附近的应力、应变场255

(五) 单向拉伸裂纹前端应力、应变场262

(六)Ⅱ、Ⅲ 型裂纹前端的应力、应变场265

(七) 极坐标表示的裂纹应力场269

二、G和K的关系272

(一) 无限体内椭圆裂纹的KI276

三、表面半椭圆裂纹的KI276

(二) 表面半椭圆裂纹的KI283

四、复合型断裂判据288

(一) 最大周向应力判据(σθmar判据)288

(二) 比应变能判据(S判据)291

(三) 最大应变能释放率判据(G判据)295

(四) 复合型断裂判据的比较和选择296

五、J积分的路径无关性299

六、J=？的证明306

(一) 集中力产生的KI313

七、C·O·D公式б=？的推导313

(二) 帕里斯(Paris)位移公式316

(三) 无限远处均匀应力б产生的张开位移319

(四) 点力对引起的张开位移321

(五) 分布力引起的张开位移323

(六) D-M模型塑性区宽度324

(七) D-M模型的裂纹顶端张开位移327

八、边界配置法求KI329

(一) 有限体贯穿裂纹的应力、应变场329

(二) 边界配置法求KI336