工程斷裂力學(xué)

內(nèi)容概要

《高等學(xué)校教材:工程斷裂力學(xué)》主要內(nèi)容包括：裂紋尖端附近線(xiàn)彈性應(yīng)力場(chǎng)、裂紋尖端能量釋放率、復(fù)合型裂紋、小范圍屈服下的Ⅰ型裂紋塑性區(qū)及K因子修正、彈塑性斷裂力學(xué)簡(jiǎn)介、疲勞裂紋擴(kuò)展、斷裂力學(xué)性能參數(shù)測(cè)試等。

書(shū)籍目錄

第1章緒論 1.1斷裂力學(xué)的產(chǎn)生 1.2斷裂力學(xué)的任務(wù) 1.3斷裂力學(xué)的基本概念 1.3.1 裂紋的分類(lèi)與基本形式 1.3.2應(yīng)力強(qiáng)度因子與能量釋放率 1.3.3 斷裂韌度與斷裂準(zhǔn)則 本章小結(jié) 參考文獻(xiàn) 第2章裂紋尖端附近線(xiàn)彈性應(yīng)力場(chǎng) 2.1 Ⅰ型裂紋的應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng) 2.1.1 Ⅰ型裂紋的Westergaard應(yīng)力函數(shù) 2.1.2 Ⅰ型裂紋的應(yīng)力、位移全場(chǎng)解 2.1.3 Ⅰ型裂紋尖端附近的應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)局部解 2.2 Ⅱ型裂紋尖端附近的應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng) 2.3 Ⅲ型裂紋尖端附近的應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng) 2.4應(yīng)力強(qiáng)度因子與斷裂準(zhǔn)則 2.4.1應(yīng)力強(qiáng)度因子 2.4.2脆性斷裂準(zhǔn)則 2.5應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算 2.5.1解析法 2.5.2疊加法 2.5.3有限單元法 2.6三維裂紋問(wèn)題 2.6.1 無(wú)限體內(nèi)的橢圓形片狀裂紋 2.6.2表面裂紋 本章小結(jié) 參考文獻(xiàn) 第3章裂紋尖端能量釋放率 3.1 Griffith能量平衡理論 3.2 Orowan理論——對(duì)Griffith能量平衡理論的修正 3.3能量釋放率與脆性斷裂的能量準(zhǔn)則 3.3.1恒定位移情況 3.3.2恒定載荷情況 3.4能量釋放率與應(yīng)力強(qiáng)度因子的關(guān)系 3.5裂紋擴(kuò)展阻力（R）曲線(xiàn)的概念 本章小結(jié) 參考文獻(xiàn) 第4章復(fù)合型裂紋 4.1最大周向應(yīng)力理論 4.2最大能量釋放率理論 4.2.1 確定支裂紋的應(yīng)力強(qiáng)度因子KⅠ、KⅡ的起始值 4.2.2主裂紋沿分支方向θ=θ0起始擴(kuò)展的能量釋放率 4.2.3 主裂紋的起始擴(kuò)展方向——滿(mǎn)足能量釋放率最大的方向 4.2.4斷裂判據(jù) 4.3應(yīng)變能密度因子理論 4.4工程上應(yīng)用的近似斷裂判據(jù) 本章小結(jié) 參考文獻(xiàn) 第5章 小范圍屈服下的Ⅰ型裂紋塑性區(qū)及K因子修正 5.1 K主導(dǎo)區(qū)的概念與線(xiàn)彈性斷裂力學(xué)適用范圍 5.2塑性理論簡(jiǎn)介 5.2.1 Mises屈服條件 5.2.2 Tresca屈服條件 5.3 Irwin對(duì)工型裂紋尖端塑性區(qū)估計(jì)與K因子修正 5.3.1 裂紋尖端塑性區(qū)的大致形狀 5.3.2 Irwin裂紋尖端塑性區(qū)的假設(shè) 5.3.3 線(xiàn)彈性斷裂力學(xué)的適用范圍 5.3.4應(yīng)力強(qiáng)度因子K的修正 5.4 D—B帶狀屈服區(qū)模型 本章小結(jié) 參考文獻(xiàn) 第6章彈塑性斷裂力學(xué)簡(jiǎn)介 6.1裂紋尖端張開(kāi)位移COD理論 6.1.1 Irwin小范圍屈服條件下的COD表達(dá)式 6.1.2 D—B帶狀屈服區(qū)模型的COD 6.1.3 全面屈服條件下的COD  6.2 J積分理論 6.2.1J積分的回路定義及其守恒性 6.2.2J積分與裂端應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng) 6.2.3 J與G的關(guān)系，J與COD的關(guān)系 6.2.4.J積分的形變功率定義 本章小結(jié) 參考文獻(xiàn) 第7章疲勞裂紋擴(kuò)展 7.1傳統(tǒng)疲勞理論回顧 7.2疲勞裂紋的萌生和擴(kuò)展 7.2.1疲勞裂紋萌生機(jī)理 7.2.2疲勞裂紋擴(kuò)展機(jī)理 7.3疲勞裂紋擴(kuò)展速率 7.4影響疲勞裂紋擴(kuò)展速率的因素 7.4.1載荷比R  7.4.2過(guò)載 7.4.3其他因素 7.5裂紋閉合效應(yīng) 7.6常幅循環(huán)載荷下的疲勞壽命估計(jì) 7.7變幅疲勞問(wèn)題簡(jiǎn)介 7.8應(yīng)變疲勞簡(jiǎn)介 7.9應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂與環(huán)境促進(jìn)裂紋擴(kuò)展 7.10腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展 本章小結(jié) 參考文獻(xiàn) 第8章斷裂力學(xué)性能參數(shù)測(cè)試 8.1金屬材料平面應(yīng)變斷裂韌度KIc測(cè)試 8.1.1測(cè)試原理和方法 8.1.2試樣形狀、尺寸和制備 8.1.3 實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)驗(yàn)步驟 8.1.4 實(shí)驗(yàn)的結(jié)果處理及KIc有效性判斷 8.2裂紋頂端張開(kāi)位移（COD）測(cè)試 8.2.1測(cè)試方法 8.2.2試樣制備 8.2.3 特征COD值的確定 8.3金屬材料延性斷裂韌度JIc的測(cè)試 8.3.1測(cè)試方法 8.3.2試樣制備 8.3.3 實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)驗(yàn)步驟 8.3.4結(jié)果處理與有效性的判斷 參考文獻(xiàn) 附表第二類(lèi)橢圓積分表

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：   插圖：   在第2章，利用線(xiàn)彈性力學(xué)理論研究了理想尖裂紋的漸近應(yīng)力場(chǎng)和應(yīng)力強(qiáng)度因子斷裂準(zhǔn)則。分析表明，裂紋尖端區(qū)域的應(yīng)力有r—1/2專(zhuān)階的奇異性，當(dāng)r→0時(shí)，裂紋尖端點(diǎn)的應(yīng)力趨于無(wú)限大。對(duì)于實(shí)際受力的裂紋體，無(wú)論材料的強(qiáng)度有多高，無(wú)限大的應(yīng)力是不可能存在的，尤其是對(duì)于工程上廣泛采用的金屬材料，由于其可塑性，在裂紋尖端附近區(qū)域只可能存在一個(gè)與材料塑性屈服水平有關(guān)的有限應(yīng)力值。 在外載荷作用下，裂紋尖端附近區(qū)域的材料因應(yīng)力集中而呈塑性屈服狀態(tài)，并產(chǎn)生一個(gè)塑性區(qū)。塑性區(qū)的大小與外載工況、裂紋幾何形狀和材料屈服強(qiáng)度等密切相關(guān)。裂紋尖端塑性區(qū)使奇異應(yīng)力場(chǎng)消失這一事實(shí)，使斷裂力學(xué)工作者必須思考如下問(wèn)題： （1）對(duì)裂紋體進(jìn)行的線(xiàn)彈性分析是否真正有效? （2）裂紋尖端塑性變形如何影響裂紋體的破壞行為? （3）如何建立一套能在本質(zhì)上反映裂紋破壞的物理規(guī)律和在理論上嚴(yán)密有效的斷裂分析理論和方法？ 要回答上述問(wèn)題，就必須對(duì)裂紋尖端塑性區(qū)的形態(tài)特性這一核心問(wèn)題進(jìn)行深入的研究。大量的理論和實(shí)驗(yàn)研究已取得了多方面的成果，有關(guān)的重要結(jié)論可簡(jiǎn)單概括如下： （1）對(duì)脆性材料，如玻璃、陶瓷、巖石等，裂紋尖端塑性區(qū)尺寸很小，與裂紋長(zhǎng)度和結(jié)構(gòu)尺寸相比可忽略不計(jì)。此時(shí)，線(xiàn)彈性斷裂力學(xué)的分析結(jié)果和應(yīng)力強(qiáng)度因子的概念完全適用。 （2）對(duì)強(qiáng)度高、韌性低的金屬材料，雖然裂紋尖端存在著塑性區(qū)，但塑性區(qū)尺度沒(méi)有超過(guò)K主導(dǎo)區(qū)，屬于“小范圍屈服”（Small Scale Yieldin9，簡(jiǎn)寫(xiě)為SSY）范圍。此時(shí)，需對(duì)線(xiàn)彈性斷裂力學(xué)理論做適當(dāng)修正，才能得到比較客觀的結(jié)果。 （3）對(duì)中低強(qiáng)度的韌性金屬材料，裂紋尖端塑性區(qū)尺度往往較大，有時(shí)甚至超過(guò)裂紋長(zhǎng)度。此時(shí)，線(xiàn)彈性斷裂力學(xué)已不再適用，必須用彈塑性力學(xué)的理論分析裂端應(yīng)力變形場(chǎng)，尋找新的控制場(chǎng)強(qiáng)度的參量，這屬于彈塑性斷裂力學(xué)研究的內(nèi)容。 由上述內(nèi)容可見(jiàn)，分析裂紋尖端區(qū)域塑性變形形態(tài)是正確應(yīng)用斷裂力學(xué)理論解決裂紋失穩(wěn)破壞問(wèn)題的重要預(yù)備性工作。本章首先介紹K主導(dǎo)區(qū)的概念，然后介紹裂紋尖端的小范圍屈服問(wèn)題，重點(diǎn)分析裂紋尖端塑性區(qū)的兩個(gè)簡(jiǎn)單模型——Irwin塑性區(qū)修正模型和Dugdale窄條塑性區(qū)模型。

編輯推薦

《高等學(xué)校教材:工程斷裂力學(xué)》由中國(guó)石油大學(xué)出版社出版。

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