海洋工程結(jié)構(gòu)的疲勞與斷裂

前言

　　在陸地資源的發(fā)掘幾近枯竭、海洋世紀(jì)來臨之際，國(guó)務(wù)院又制定了在2015年之前將我國(guó)建成世界第一造船大國(guó)的宏偉計(jì)劃。因此，各種民用船舶和軍用艦艇，以及海洋石油平臺(tái)、海洋潛器等海洋工程結(jié)構(gòu)，都將面臨著新的挑戰(zhàn)，同時(shí)，也將發(fā)生突破性的進(jìn)展。　　海洋工程結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)、制造、使用、維修的各個(gè)階段，都存在著疲勞與斷裂問題。例如：設(shè)計(jì)中兼顧強(qiáng)度、穩(wěn)定及抗脆斷的合理選材；選擇合適的制造工藝控制最大容限裂紋尺寸；使用的安全性和使用壽命估算；確定適宜的檢修周期和維修標(biāo)準(zhǔn)等等。其不僅關(guān)系到海洋工程結(jié)構(gòu)的基本承載能力和一般使用性能及建造維修的經(jīng)濟(jì)性，更關(guān)系到是否發(fā)生斷裂破壞而造成災(zāi)難性的后果。因此，國(guó)內(nèi)外越來越多的工程技術(shù)人員開始從事海洋工程結(jié)構(gòu)的疲勞與斷裂研究。　　本書是哈爾濱工程大學(xué)“十五”教材規(guī)劃批準(zhǔn)的校級(jí)重點(diǎn)教材。編寫本書的目的是為了適應(yīng)海洋工程發(fā)展的需要，配合學(xué)校教材改革，使船舶與海洋工程專業(yè)的學(xué)生能更多地了解和掌握海洋工程結(jié)構(gòu)疲勞與斷裂的相關(guān)知識(shí)，以便更好地從事海洋工程的設(shè)計(jì)與研究工作。　　本書在疲勞問題的傳統(tǒng)解法和斷裂力學(xué)基本知識(shí)的基礎(chǔ)上，介紹了疲勞問題的應(yīng)力強(qiáng)度因子解法，同時(shí)考慮到海洋工程結(jié)構(gòu)大多處于腐蝕環(huán)境，因此對(duì)應(yīng)力腐蝕與腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展，特別是海洋平臺(tái)管節(jié)點(diǎn)和海洋固定式平臺(tái)進(jìn)行了疲勞壽命估算，也對(duì)彈塑性斷裂力學(xué)中最常用的COD理論和積分理論進(jìn)行了較詳細(xì)的介紹。作者將有關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)和圖表以附錄的形式附于書后，為學(xué)生復(fù)習(xí)和查找提供了方便。

內(nèi)容概要

本書主要介紹了海洋工程結(jié)構(gòu)疲勞與斷裂的相關(guān)知識(shí)。全書共六章，分別闡述了疲勞問題的傳統(tǒng)解法、斷裂力學(xué)的基本知識(shí)、疲勞問題的應(yīng)力強(qiáng)度因子解法等內(nèi)容；同時(shí)，考慮到海洋工程結(jié)構(gòu)大多處于腐蝕環(huán)境及受交變載荷的作用，因此對(duì)應(yīng)力腐蝕及腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展，特別是對(duì)管節(jié)點(diǎn)和海洋固定式平臺(tái)的疲勞壽命估算，以及彈塑性斷裂力學(xué)的COD理論和J積分理論進(jìn)行了介紹?！　”緯鴮?duì)疲勞和斷裂力學(xué)的基本理論描述詳細(xì)、系統(tǒng)，插圖和例題較多，適于船舶與海洋工程專業(yè)本科生使用，也可供從事各種工程結(jié)構(gòu)的疲勞與斷裂問題研究的工程技術(shù)人員參考使用。

書籍目錄

第1章  疲勞問題的傳統(tǒng)解法  1.1    概述  1.2  疲勞載荷及疲勞設(shè)計(jì)  1.3  恒幅載荷下的疲勞  1.4  變幅載荷下的疲勞第2章  斷裂力學(xué)的基本知識(shí)  2.1  基本概念  2.2  線彈性斷裂力學(xué)  2.3  復(fù)合型裂紋的脆性斷裂  2.4  彈塑性斷裂力學(xué)第3章  疲勞問題的應(yīng)力強(qiáng)度因子解法  3.1  疲勞裂紋的起始與擴(kuò)展  3.2  恒幅載荷下疲勞裂紋的擴(kuò)展  3.3  變幅載荷下的疲勞行為第4章  應(yīng)力腐蝕與疲勞裂紋擴(kuò)展  4.1  概述  4.2  應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展  4.3  腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展第5章  海洋工程結(jié)構(gòu)的斷裂與疲勞分析  5.1  斷裂力學(xué)設(shè)計(jì)方法  5.2  斷裂控制及焊接船殼斷裂控制方案  5.3  管節(jié)點(diǎn)的疲勞壽命估算  5.4  海洋固定式平臺(tái)疲勞壽命估算第6章  常用斷裂韌性參數(shù)的測(cè)試  6.1  平面應(yīng)變斷裂韌性KIc的測(cè)定  6.2  臨界裂紋尖端張開位移的測(cè)定  6.3  臨界J積分的測(cè)定附錄A  正態(tài)分布表附錄B  第一、二類完整橢圓積分表附錄C  常用應(yīng)力強(qiáng)度因子表附錄D  彈性力學(xué)平面問題的求解途徑附錄E  復(fù)變函數(shù)基礎(chǔ)知識(shí)

章節(jié)摘錄

　　1．1．1疲勞破壞的概念　　材料或構(gòu)件在多次重復(fù)變化的載荷作用下，即使最大的重復(fù)交變應(yīng)力低于材料的屈服極限，經(jīng)一段時(shí)間的工作后，在某點(diǎn)或某些點(diǎn)也會(huì)逐漸產(chǎn)生永久的結(jié)構(gòu)變化，并在一定循環(huán)次數(shù)后形成裂紋或繼續(xù)擴(kuò)展直到完全斷裂，材料或結(jié)構(gòu)的這種破壞叫做疲勞破壞。例如，船舶在波浪中航行，甲板不時(shí)受到拉伸或壓縮交變應(yīng)力作用；萬噸級(jí)船舶，上甲板名義應(yīng)力僅為59～69MPa，其艙口角隅處就往往發(fā)生疲勞裂紋。因此，在包括船舶、海洋平臺(tái)、海洋潛器的海洋工程領(lǐng)域研究結(jié)構(gòu)的疲勞與斷裂問題，具有廣泛的實(shí)際意義?！　?．1．2疲勞破壞的特點(diǎn)　　疲勞破壞與靜力破壞相比較，其特點(diǎn)是：　?、倨谄茐氖嵌啻沃貜?fù)載荷作用下產(chǎn)生的破壞，它是較長(zhǎng)時(shí)間的交變應(yīng)力作用的結(jié)果。疲勞破壞要經(jīng)歷一定的時(shí)間，這與靜載下一次破壞不同?！　、谄谄茐耐ǔ]有宏觀顯著塑性變形的跡象，即使在靜載下表現(xiàn)為韌性的材料，在交變應(yīng)力作用下，也表現(xiàn)為無明顯塑性變形的斷裂，與脆性破壞很類似。但韌性材料脆斷前需經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間的裂紋亞臨界擴(kuò)展，而脆性材料則是高速擴(kuò)展后突然破壞?！　、墼谄谄茐牡臄嗫谏希偸浅尸F(xiàn)兩個(gè)區(qū)域：一部分是暗淡光滑區(qū)，也即疲勞裂紋發(fā)生和擴(kuò)展區(qū)；另一部分是光亮晶粒狀區(qū)，也即快速斷裂區(qū)。在交變載荷作用下，整個(gè)疲勞破壞過程是從構(gòu)件存在的缺陷處開始的，對(duì)光滑無缺口試樣則由于滑移產(chǎn)生微小裂紋，裂紋起點(diǎn)叫疲勞源。由于反復(fù)的變形裂紋逐漸擴(kuò)展，擴(kuò)展過程中開裂的兩個(gè)面時(shí)而擠緊，時(shí)而松離，這樣反復(fù)摩檫產(chǎn)生了光滑區(qū)。隨著裂紋的擴(kuò)大，剖面削弱越來越厲害，直到材料或構(gòu)件靜強(qiáng)度不足時(shí)，即在某載荷作用下突然斷裂，這種突然性破壞常使材料或構(gòu)件的斷面呈晶粒狀，如圖1-1（a）所示。在疲勞裂紋的發(fā)生、擴(kuò)展區(qū)，往往可借助電子顯微鏡看到明暗交替且相互平行的疲勞條痕，如圖1-1（b）所示。條痕的出現(xiàn)是判斷疲勞破壞的重要依據(jù)。

圖書封面

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