目錄 第1章 緒論 1 1.1 引言 1 1.1.1 疲勞的發(fā)現(xiàn)與研究歷程 1 1.1.2 斷裂力學(xué)的發(fā)展歷程 4 1.2 疲勞分析簡介 8 1.2.1 疲勞的定義 8 1.2.2 疲勞的特點 8 1.2.3 疲勞的分類 9 1.2.4 疲勞的研究方法和抗疲勞設(shè)計 10 1.2.5 疲勞的產(chǎn)生機(jī)制 12 1.3 斷裂力學(xué)簡介 16 1.3.1 斷裂力學(xué)的特點 16 1.3.2 斷裂力學(xué)的分類 17 1.3.3 斷裂力學(xué)的研究方法 18 1.4 章節(jié)安排 19 參考文獻(xiàn) 20 第2章 材料循環(huán)變形行為和常幅疲勞分析 22 2.1 循環(huán)載荷的表征 22 2.2 材料的循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng) 23 2.2.1 單調(diào)應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)和塑性加-卸載曲線 23 2.2.2 循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變滯回環(huán)和包辛格(Bauschinger)效應(yīng) 24 2.2.3 循環(huán)軟化和循環(huán)硬化效應(yīng) 25 2.2.4 循環(huán)應(yīng)力幅值-應(yīng)變幅值曲線 26 2.2.5 非對稱循環(huán)下的平均應(yīng)力松弛和棘輪行為 27 2.3 高周疲勞S-N曲線 29 2.3.1 高周疲勞S-N曲線的特點 29 2.3.2 高周疲勞S-N曲線的表達(dá)式 30 2.3.3 高周疲勞S-N曲線的近似估計 30 2.4 低周疲勞?-N曲線 34 2.4.1 低周疲勞?-N曲線的特點 34 2.4.2 低周疲勞?-N曲線的估計和平均應(yīng)力修正 35 2.5 影響疲勞的因素 36 2.5.1 應(yīng)力(應(yīng)變)幅值和平均應(yīng)力 36 2.5.2 載荷形式的影響 36 2.5.3 尺寸效應(yīng) 36 2.5.4 表面狀態(tài) 37 2.5.5 其他因素 37 習(xí)題 37 參考文獻(xiàn) 38 第3章 損傷累積理論和變幅疲勞分析 39 3.1 線性疲勞損傷累積理論 39 3.2 變幅載荷和隨機(jī)載荷 41 3.2.1 變幅載荷譜 41 3.2.2 隨機(jī)載荷譜 42 3.3 循環(huán)計數(shù)法 42 3.3.1 雨流計數(shù)法 42 3.3.2 載荷的等損傷轉(zhuǎn)換 44 3.4 隨機(jī)載荷下的彈塑性應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng) 45 3.4.1 單調(diào)加載的應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng) 45 3.4.2 循環(huán)加載的應(yīng)力幅值-應(yīng)變幅值響應(yīng) 46 3.4.3 循環(huán)加載的增量應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng) 46 3.4.4 加卸載的記憶效應(yīng) 47 3.4.5 隨機(jī)載荷下的應(yīng)力-應(yīng)變歷程計算 48 習(xí)題 50 參考文獻(xiàn) 51 第4章 結(jié)構(gòu)疲勞分析基礎(chǔ) 52 4.1 缺口效應(yīng) 53 4.2 名義應(yīng)力法 55 4.3 局部應(yīng)力-應(yīng)變法 57 4.4 基于有限元計算的大型結(jié)構(gòu)疲勞分析方法 61 習(xí)題 64 參考文獻(xiàn) 64 第5章 材料疲勞試驗及數(shù)據(jù)處理 65 5.1 高周疲勞試驗 65 5.1.1 試驗方法 65 5.1.2 高周疲勞S-N曲線的繪制 68 5.2 低周疲勞試驗 68 5.2.1 試驗方法 68 5.2.2 低周疲勞?-N曲線的繪制 69 5.3 疲勞數(shù)據(jù)的分散性和概率疲勞P-S-N曲線 70 5.3.1 疲勞數(shù)據(jù)的分散性 70 5.3.2 正態(tài)分布 71 5.3.3 標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布 73 5.3.4 Weibull分布 74 5.3.5 判斷疲勞壽命分布類型的方法 75 5.3.6 P-S-N曲線 76 習(xí)題 78 參考文獻(xiàn) 79 第6章 線彈性斷裂力學(xué) 80 6.1 斷裂力學(xué)簡介 80 6.1.1 斷裂力學(xué)基本概念 80 6.1.2 裂紋的定義及分類 80 6.2 裂紋尖端附近的應(yīng)力場和應(yīng)變場 81 6.2.1 Ⅰ型裂紋 81 6.2.2 Ⅱ型裂紋 86 6.2.3 Ⅲ型裂紋 88 6.3 能量理論 89 6.3.1 Griffith理論 89 6.3.2 Orowan理論 91 6.3.3 能量釋放率及其斷裂判據(jù) 91 6.4 應(yīng)力強度因子理論 94 6.4.1 應(yīng)力強度因子的定義 94 6.4.2 常用應(yīng)力強度因子的計算 95 6.4.3 應(yīng)力強度因子斷裂判據(jù) 99 習(xí)題 100 參考文獻(xiàn) 101 第7章 彈塑性斷裂力學(xué) 102 7.1 裂紋尖端的塑性區(qū) 102 7.1.1 裂紋尖端塑性區(qū)的大小 102 7.1.2 裂紋尖端小范圍屈服時的應(yīng)力強度因子修正 106 7.2 裂紋尖端張開位移 108 7.2.1 Irwin小范圍屈服條件下的COD 108 7.2.2 D-B帶狀屈服區(qū)模型的COD 109 7.2.3 基于裂紋尖端張開位移的斷裂判據(jù) 113 7.3 J積分理論 114 7.3.1 J積分的定義及守恒性 114 7.3.2 HHR應(yīng)力、應(yīng)變場及基于J積分的斷裂判據(jù) 117 7.3.3 J積分與其他參數(shù)的關(guān)系 119 習(xí)題 121 參考文獻(xiàn) 121 第8章 材料斷裂性能測試試驗 122 8.1 斷裂韌性KIC試驗 122 8.1.1 試驗方法 122 8.1.2 試驗數(shù)據(jù)處理 127 8.2 斷裂韌性JIC試驗 131 8.3 斷裂韌性?c試驗 134 8.3.1 試驗方法 134 8.3.2 試驗數(shù)據(jù)處理 136 習(xí)題 137 第9章 疲勞裂紋擴(kuò)展分析 138 9.1 疲勞裂紋的形成及其擴(kuò)展 138 9.1.1 疲勞裂紋的形成 138 9.1.2 疲勞裂紋擴(kuò)展 140 9.2 疲勞裂紋擴(kuò)展速率及其試驗 142 9.2.1 a-N曲線 142 9.2.2 da/dN-?K曲線及Paris公式 143 9.2.3 疲勞裂紋擴(kuò)展速率參數(shù)的試驗確定 144 9.3 疲勞裂紋擴(kuò)展壽命預(yù)測 145 9.3.1 裂紋擴(kuò)展壽命計算公式 145 9.3.2 算例 147 9.4 影響疲勞裂紋擴(kuò)展的一些因素 149 9.4.1 平均應(yīng)力的影響 149 9.4.2 加載頻率的影響 150 9.4.3 過載峰的影響 151 9.4.4 腐蝕環(huán)境的影響 153 習(xí)題 154 參考文獻(xiàn) 155 第10章 基于有限元方法的結(jié)構(gòu)疲勞與斷裂分析 156 10.1 壓力容器疲勞壽命預(yù)測 156 10.1.1 有限元模型 156 10.1.2 疲勞壽命預(yù)測 157 10.2 疲勞裂紋擴(kuò)展預(yù)測 161 10.2.1 理論依據(jù) 161 10.2.2 材料模型 162 10.2.3 有限元模型 164 10.2.4 材料參量輸入 164 10.2.5 載荷和邊界條件 165 10.2.6 疲勞裂紋擴(kuò)展預(yù)測 166 習(xí)題 167 參考文獻(xiàn) 168 第11章 結(jié)構(gòu)疲勞及斷裂典型案例分析 169 11.1 高速鐵路輪軌滾動接觸疲勞分析 169 11.1.1 研究背景 169 11.1.2 有限元模型 170 11.1.3 疲勞壽命預(yù)測模型 175 11.1.4 結(jié)果與討論 176 11.2 高速列車車軸損傷容限分析 180 11.2.1 研究背景 180 11.2.2 有限元模型 181 11.2.3 損傷容限分析方法 184 11.2.4 結(jié)果與討論 185 習(xí)題 189 參考文獻(xiàn) 189 第12章 疲勞與斷裂力學(xué)研究新進(jìn)展 191 12.1 疲勞研究新進(jìn)展 191 12.1.1 蠕變-疲勞交互作用研究 191 12.1.2 棘輪-疲勞交互作用研究 194 12.1.3 超高周疲勞行為研究 198 12.1.4 多軸疲勞研究 199 12.2 斷裂力學(xué)研究新進(jìn)展 204 12.2.1 動態(tài)斷裂力學(xué)研究 205 12.2.2 宏微觀斷裂力學(xué)研究 206 12.2.3 多場耦合斷裂力學(xué)研究 208 參考文獻(xiàn) 212