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本書(shū)可作為力學(xué)、機(jī)械、結(jié)構(gòu)等專業(yè)研究生和相關(guān)專業(yè)高年級(jí)本科生教材。對(duì)斷裂力學(xué)基本理論進(jìn)行講授，結(jié)合編著者們的相關(guān)科研成果，對(duì)有一定難度的斷裂實(shí)例問(wèn)題進(jìn)行講授，便于學(xué)生學(xué)習(xí)了解解決斷裂相關(guān)問(wèn)題的思路和方法。第一章緒論1.1斷裂力學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)介1.2斷裂力學(xué)研究對(duì)象和任務(wù)1.3應(yīng)力集中和斷裂破壞1.4斷裂力學(xué)研究方法第二章裂紋尖端附近應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)2.1 裂紋的基本形式2.2 平面應(yīng)力狀態(tài)與平面應(yīng)變狀態(tài)2.3 平面問(wèn)題的彈性方程2.4 Ⅰ型裂紋尖端附近的應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)2.5 Ⅱ型、Ⅲ型裂紋尖端的應(yīng)力應(yīng)第三章應(yīng)力強(qiáng)度因子3.1 三種基本裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子3.2 復(fù)合型裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子3.5 實(shí)際裂紋的近似處理3.6 塑性區(qū)及其修正3.7 含裂紋體的能量分析第四章材料斷裂韌性測(cè)試原理和方法4.1 材料斷裂韌性4.2 測(cè)試原理和測(cè)試方法4.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析第五章裂紋斷裂判據(jù)5.1 單一型裂紋的斷裂判據(jù)5.2 復(fù)合型裂紋的斷裂判據(jù)5.3 *大周向正應(yīng)力理論5.4 能量釋放率理論5.6 COD原理及其判據(jù)5.7 J積分原理及其判據(jù) 第六章復(fù)合材料斷裂力學(xué)及實(shí)例分析第七章結(jié)構(gòu)斷裂止裂及實(shí)例分析

前言

結(jié)構(gòu)或材料中不可避免地存在類似于裂紋的缺陷，這些缺陷或是結(jié)構(gòu)材料中固有的，或是制造加工過(guò)程中形成的，也可能是結(jié)構(gòu)運(yùn)行過(guò)程中由于疲勞而產(chǎn)生的，裂紋擴(kuò)展引起結(jié)構(gòu)斷裂破壞。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，容器、管道及各種平臺(tái)結(jié)構(gòu)中部件的斷裂現(xiàn)象頻繁發(fā)生，造成大量人員傷亡和經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失。

斷裂力學(xué)作為固體力學(xué)的一個(gè)分支，研究裂紋起始與擴(kuò)展的力學(xué)模型，建立控制裂紋擴(kuò)展的力學(xué)判據(jù)。近幾十年來(lái)，斷裂力學(xué)迅速發(fā)展，隨著斷裂力學(xué)研究成果在各工程領(lǐng)域的應(yīng)用，各種因斷裂而引起的惡性事故大大減少，對(duì)保證結(jié)構(gòu)安全起到了非常重要的作用。因此，對(duì)工科專業(yè)學(xué)生普及斷裂力學(xué)知識(shí)是十分必要的。

工程中的斷裂破壞是非常復(fù)雜的，涉及影響裂紋擴(kuò)展的各種因素，而對(duì)斷裂問(wèn)題的研究和分析同樣具有復(fù)雜性。在斷裂力學(xué)教材中引入實(shí)例分析，結(jié)合科研工作成果，聯(lián)系實(shí)際工程中的斷裂問(wèn)題進(jìn)行授課，理論結(jié)合實(shí)際，能讓學(xué)生深入理解斷裂破壞的方式及其相應(yīng)的力學(xué)機(jī)理，了解斷裂力學(xué)研究的思路和方法，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

除第1章緒論外，本書(shū)包含兩部分內(nèi)容，第一部分（第2~6章）為基礎(chǔ)理論篇，包括裂紋尖端的應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)、應(yīng)力強(qiáng)度因子、CTOD原理及其判據(jù)、材料斷裂韌度測(cè)試原理和方法、J積分原理及其判據(jù)；第二部分（第7、8章）為工程應(yīng)用篇，包括復(fù)合材料板斷裂、加筋板結(jié)構(gòu)斷裂止裂分析。具體撰寫(xiě)分工如下：第1章緒論由姜翠香撰寫(xiě)，第2章由鄭華升撰寫(xiě)，第3章由何理撰寫(xiě)，第4章由姜翠香、余剛、王難爛撰寫(xiě)，第5章由蔣培撰寫(xiě)，第6章由張威撰寫(xiě)，第7章由徐旺撰寫(xiě)，第8章由姜翠香撰寫(xiě)。全書(shū)由姜翠香、徐旺統(tǒng)稿。

在本書(shū)出版之際，謹(jǐn)向?yàn)楸緯?shū)編寫(xiě)提供支持與幫助的蔡路軍、曾國(guó)偉等老師表示衷心的感謝！碩士研究生邵濱參與了部分繪圖工作，一并致以誠(chéng)摯的謝意！

本書(shū)獲武漢科技大學(xué)研究生院教材專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)資助，在此表示衷心的感謝！

在本書(shū)編寫(xiě)過(guò)程中我們參閱了有關(guān)文獻(xiàn)，在此對(duì)這些文獻(xiàn)的作者表示感謝!

由于水平有限，書(shū)中難免存在錯(cuò)誤和不妥之處，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正！

編者

第1章緒論(1)

1.1斷裂力學(xué)理論及其發(fā)展應(yīng)用(1)

1.1.1線彈性斷裂力學(xué)理論(1)

1.1.2彈塑性斷裂力學(xué)理論(2)

1.2結(jié)構(gòu)止裂研究簡(jiǎn)介(3)

1.3損傷容限設(shè)計(jì)(4)

思考題(5)

參考文獻(xiàn)(5)

第2章裂紋尖端的應(yīng)力和位移(6)

2.1裂紋的基本類型(6)

2.2彈性理論基礎(chǔ)(7)

2.2.1彈性力學(xué)的基本方程(7)

2.2.2平面問(wèn)題的應(yīng)力函數(shù)(9)

2.2.3平面問(wèn)題的復(fù)變函數(shù)解(10)

2.3典型裂紋尖端的應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)(10)

2.3.1Ⅰ型裂紋的應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)(11)

2.3.2Ⅱ型裂紋的應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)(15)

2.3.3Ⅲ型裂紋的應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)(16)

思考題(18)

參考文獻(xiàn)(18)

第3章應(yīng)力強(qiáng)度因子(19)

3.1裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子(19)

3.1.1 KⅠ疊加原理及應(yīng)力場(chǎng)疊加原理(20)

3.1.2無(wú)限大板Ⅰ型裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子(22)

3.1.3無(wú)限大平板Ⅱ、Ⅲ型裂紋問(wèn)題應(yīng)力強(qiáng)度因子(27)

3.2復(fù)合型裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子的計(jì)算(29)

3.2.1復(fù)變應(yīng)力函數(shù)的普遍形式(29)

3.2.2Ⅰ、Ⅱ型復(fù)合裂紋問(wèn)題應(yīng)力強(qiáng)度因子的表達(dá)式(31)

3.3有限寬板穿透裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子(34)

3.3.1威廉氏（Williams）的應(yīng)力函數(shù)和應(yīng)力公式(34)

3.3.2K的計(jì)算式(36)

3.3.3借用無(wú)裂紋邊界條件(邊界應(yīng)力)求系數(shù)Dj(37)

3.3.4三點(diǎn)彎曲和緊湊拉伸試樣KⅠ的表達(dá)式(38)

3.4實(shí)際裂紋的近似處理及疊加原理應(yīng)用(39)

3.4.1缺陷群的相互作用(40)

3.4.2實(shí)際裂紋的安全處理(42)

3.4.3鉚釘孔邊雙耳裂紋的KⅠ(44)

3.4.4旋轉(zhuǎn)葉輪(或軸)內(nèi)孔端裂紋的KⅠ(45)

3.5塑性區(qū)及其修正(49)

3.5.1塑性區(qū)的形狀和大小(49)

3.5.2裂紋尺寸(54)

3.5.3應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算(55)

3.6含裂紋體的能量分析(58)

3.6.1裂紋擴(kuò)展的能量釋放率G(58)

3.6.2G和K的關(guān)系(61)

思考題(64)

參考文獻(xiàn)(64)

第4章CTOD原理及其判據(jù)(66)

4.1CTOD基本概念(66)

4.2小范圍屈服條件下的CTOD(67)

4.3Dugdale模型(68)

4.4CTOD計(jì)算公式(69)

4.4.1裂紋尖端塑性區(qū)長(zhǎng)度(69)

4.4.2裂紋尖端張開(kāi)位移(70)

思考題(73)

參考文獻(xiàn)(73)

第5章材料斷裂韌度測(cè)試原理和方法(74)

5.1斷裂韌度(74)

5.1.1斷裂韌度的基本原理(75)

5.1.2裂紋擴(kuò)展的能量理論(75)

5.2平面應(yīng)變斷裂韌度KⅠC的測(cè)試(77)

5.2.1測(cè)量KⅠC的原理(78)

5.2.2試樣和試驗(yàn)裝置(79)

5.2.3試驗(yàn)程序(81)

5.2.4試驗(yàn)結(jié)果處理和KⅠC有效性判斷(82)

5.2.5測(cè)試低溫?cái)嗔秧g度KⅠC(83)

5.3表面裂紋斷裂韌度KⅠe的測(cè)試(85)

5.3.1測(cè)試原理和方法(86)

5.3.2試樣預(yù)制及拉斷(87)

5.3.3KⅠe有效性判斷及應(yīng)用(88)

5.4平面應(yīng)力斷裂韌度KC的測(cè)試(89)

5.4.1COD法(89)

5.4.2R曲線法(91)

5.5臨界裂紋尖端張開(kāi)位移c的測(cè)試(92)

5.5.1測(cè)試原理和方法(93)

5.5.2Vc和c的換算關(guān)系(93)

5.5.3臨界點(diǎn)的確定(94)

5.5.4確定起裂點(diǎn)的電位法(95)

5.6裂紋擴(kuò)展速率da/dN的測(cè)試(96)

5.6.1疲勞裂紋擴(kuò)展特性(96)

5.6.2測(cè)試da/dN的原理(98)

5.6.3測(cè)試裂紋長(zhǎng)度a的一些方法(100)

5.6.4試驗(yàn)程序(104)

思考題(107)

參考文獻(xiàn)(107)

第6章J積分原理及其判據(jù)(108)

6.1J積分的定義(108)

6.2J積分的守恒性(109)

6.2.1計(jì)算沿閉合回路的J積分(109)

6.2.2計(jì)算沿任意閉合回路的J積分(110)

6.3線彈性狀態(tài)下J積分與能量釋放率、應(yīng)力強(qiáng)度因子的關(guān)系(110)

6.3.1J積分與能量釋放率的關(guān)系(110)

6.3.2J積分與應(yīng)力強(qiáng)度因子的關(guān)系(112)

6.4J積分和CTOD的關(guān)系(113)

6.5J積分準(zhǔn)則(114)

6.6J積分的測(cè)試和臨界性(114)

6.7J積分與彈塑性斷裂力學(xué)的發(fā)展(116)

思考題(117)

參考文獻(xiàn)(117)

第7章復(fù)合材料板斷裂(118)

7.1各向異性線彈性體本構(gòu)關(guān)系(118)

7.2二維各向異性材料的Stroh理論(119)

7.3平面應(yīng)變問(wèn)題的Lekhnitskii理論(121)

7.4界面裂紋的應(yīng)力強(qiáng)度因子(122)

7.4.1Dundurs參數(shù)(123)

7.4.2界面裂紋的應(yīng)力強(qiáng)度因子(124)

7.5多材料板界面端彎曲斷裂參數(shù)計(jì)算的辛離散有限元法(125)

7.5.1含V形切口多材料板彎曲的哈密頓體系(125)

7.5.2辛離散有限元方程(130)

7.5.3數(shù)值算例(132)

思考題(141)

參考文獻(xiàn)(141)

第8章加筋板結(jié)構(gòu)斷裂止裂分析(142)

8.1有限加筋板的線彈性斷裂分析(142)

8.1.1彈性力學(xué)控制方程(142)

8.1.2線彈性裂紋問(wèn)題的復(fù)應(yīng)力函數(shù)(143)

8.1.3邊界配置方法求解含中心裂紋有限板的問(wèn)題(147)

8.1.4有限加筋板應(yīng)力強(qiáng)度因子的分析與計(jì)算(149)

8.2局部加強(qiáng)無(wú)限大板的線彈性斷裂及止裂分析(155)

8.2.1含裂紋無(wú)限大板的應(yīng)力和位移復(fù)變函數(shù)表達(dá)(155)

8.2.2考慮加強(qiáng)腹板橫向剛度時(shí)裂紋板應(yīng)力強(qiáng)度因子的分析與計(jì)算(157)

8.2.3不考慮加強(qiáng)腹板橫向剛度時(shí)裂紋板應(yīng)力強(qiáng)度因子的分析與計(jì)算(170)

思考題(173)

參考文獻(xiàn)(173)

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