《工程断裂力学 上》

第一章线弹性断裂力学原理11

1 引言11

参考文献13

2 裂纹前缘的应力场13

2．1 二维问题14

2．2 三维问题25

2．3 弹性应力强度因子Ki（i=Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）28

2．4 关于KI的一些结果31

2．5 各向异性、第二相和裂纹扩展速度的影响46

2．6 深切口根部地区的应力场51

参考文献54

3 裂纹扩展力G56

3．1 基本关系56

3．2 G与Ki（i=Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）之间的关系59

3．3 裂纹扩展力和柔度61

3．4 帕里斯位移公式及其应用64

3．5 界面裂纹的G67

3．6 G和切口尖度69

参考文献70

4 塑性区70

4．1 塑性区内的应力和应变70

4．2 对线弹性理论的修正80

4．3 应力场平移和塑性区修正82

4．4 △P和幂乘硬化律87

4．5 窄条塑性区模型91

参考文献96

5 裂纹失稳扩展的判据97

5．1 裂纹扩展规律问题概述97

5．2 力学因素99

5．3 材料方面的因素——裂纹扩展的阻力F105

参考文献107

附录Ⅰ 弹性力学的基本知识108

附录Ⅱ 无裂纹试样的△P(刚—塑性体)116

附录Ⅲ ω0≈π/8-（K1/σY）2的普遍证明117

第二章断裂韧性的测试方法119

1 引言119

2 断裂韧度KIC的测试方法120

2．1 试样制备121

2．2 试验装置及试验程序159

2．3 试验分析及有效性判断176

3 特定条件下的断裂韧度测试193

3．1 冲击载荷下的断裂韧度K1d194

3．2 温度与断裂韧度204

4 裂纹扩展力的测定206

4．1 G标定的基本原理206

4．2 试验方法208

参考文献212

附录Ⅰ金届材料平面应变断裂韧度标准试验方法(ASTM E399—72)213

附录A．1 双悬臂夹式引伸计234

参考文献237

附录Ⅱ 常用试样及其K1238

参考文献245

第三章弹塑性断裂力学原理和应用1 引言247

2 J积分的全量理论基础250

2．1 J积分的定义及其守恒性250

2．2 J积分断裂判据有效性的全量理论基础254

2．3 J积分的能量解释和形变功率定义258

2．4 弹塑性断裂分析中J积分的适用条件和范围267

3 常用裂纹试件的J积分实验标定法和近似计算法270

3．1 多试件标定J积分法271

3．2 深裂纹单试件J积分法272

3．3 紧凑拉伸试件的J积分280

3．4 中心裂纹拉伸试件的J积分法285

3．5 小结289

4 用小试件在弹塑性下测定平面应变断裂韧度K1C的J积分方法和等价能量法290

4．1 平面应变断裂韧度K1c及J1c的定义和物理含义292

4．2 用J积分方法和电位技术测定平面应变扩展阻力曲线的原理296

4．3 最大裁荷点J积分值Jm的尺寸效应302

4．4 测定K1c的等价能量法及其尺寸效应309

4．5 J1c及平面应变阻力曲线测定中对试件几何尺寸提出的要求317

4．6 小结321

5 裂纹顶端张开位移(COD)方法324

5．1 裂纹顶端张开位移δ的定义和临界值δc的实验测定方法325

5．2 裂纹顶端张开位移δ和J积分的关系及两种断裂判据δ＝δc和J＝Jc的等效性331

6 工程结构断裂安全分析和大型断裂实验中常见裂纹弹塑性问题337

6．1 压力容器平面应力断裂的弹塑性分析339

6．2 全屈服区中小裂纹的COD和应变裂纹容限问题348

6．3 全屈服区中小裂纹的J积分357

7 循环应变区中的裂纹容限和应变疲劳寿命的弹塑性断裂力学分析367

参考文献379

2 试样382

l 引言382

第四章JIC测试法382

3 J积分的计算式385

3．1 弯曲试样386

3．2 紧凑拉抻试样393

4 临界点的确定396

4．1 综论396

4．2 开裂点的测定398

4．3 JIC和？M409

5 试样的几何参数410

5．1 三点弯曲试样410

5．2 紧凄拉伸试样411

5．3 切口试样411

参考文献412

第五章断裂力学在疲劳裂纹扩展中的应用413

1 引言413

2．1 疲劳裂纹扩展特性415

2 亚临界裂纹扩展特性及其一般规律415

2．2 疲劳裂纹扩展速率419

2．3 疲劳裂纹扩展速率与应力强度因子幅度间的一般关系424

2．4 应变疲劳条件下的裂纹扩展速率428

3 影响疲劳裂纹扩展的因素432

3．1 低应力强度因子的影响433

3．2 平均应力的影响437

3．3 过载峰的影响442

3．4 加载方式的影响450

3．5 加载频率的影响452

3．6 温度的影响455

3．7 小结458

4 疲劳裂纹扩展寿命的估算459

5 断裂力学在疲劳设计中的应用468

5．1 构件的选材468

5．2 构件初始裂纹尺寸的确定472

5．3 构件检验期的制定477

5．4 构件的剩余强度481

6 金属材料的疲劳特性483

6．1 依据da/dN数据的设计485

6．2 依据S-N(或小σa-σm)曲线的设计485

6．3 依据山(或△Kth)数据的设计486

6．4 依据△∈-N曲线的设计488

参考文献488

附录Ⅰ 疲劳裂纹扩展测试技术491

第六章断裂力学在应力腐蚀中的应用496

1 引言496

2 应力强度因子在应力腐蚀中的作用497

3 测定KISCC和da/dt的试验方法499

4 静载荷下材料的介质开裂503

5 疲劳载荷下材料的介质开裂507

6 KISCC和da/dt量在设计中的应用510

参考文献512