斷裂與損傷力學(xué)

前言

作者編寫《斷裂與損傷力學(xué)（第2版）》一書的宗旨是希望它能成為一部可供固體力學(xué)與結(jié)構(gòu)設(shè)計專業(yè)研究以及教學(xué)工作者參考的學(xué)術(shù)專著。斷裂力學(xué)可分為駐止裂紋斷裂力學(xué)與擴展裂紋斷裂力學(xué)（這是分類方法之一）。駐止裂紋斷裂力學(xué)的研究已處于高級階段。問題的關(guān)鍵在于創(chuàng)立計算效率高、適用范圍廣的分析方法。然而擴展裂紋斷裂力學(xué)的研究尚處于初級階段，屬于破壞過程的研究領(lǐng)域。這是固體力學(xué)中的一大難題（可與流體力學(xué)中的湍流問題相提并論）。本書作者認(rèn)為，引入損傷力學(xué)是研究擴展裂紋斷裂力學(xué)問題的一種有效途徑。這就是我們編寫這部學(xué)術(shù)專著的主要原因。本書共有18章，除前3章外，后15章均為本書主編及其合作者的研究成果。其內(nèi)容可以大致分為以下5類：①二維駐止裂紋斷裂力學(xué)的解析變分解法；②三維駐止裂紋斷裂力學(xué)的能量差率閉合解法；③擴展裂紋斷裂力學(xué)的損傷力學(xué)研究；④材料抗斷裂性能的固體力學(xué)研究；⑤復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)分層力學(xué)研究。由于以上研究成果比較系統(tǒng)、全面，因此這部專著也可以作為固體力學(xué)、結(jié)構(gòu)設(shè)計與機械設(shè)計等有關(guān)專業(yè)研究生的參考書。

內(nèi)容概要

　　《斷裂與損傷力學(xué)（第2版）》是反映作者科研成果的學(xué)術(shù)專著。其內(nèi)容包括二維駐止裂紋斷裂力學(xué)解析變分解法；三維駐止裂紋斷裂力學(xué)能量差率閉合解法；擴展裂紋斷裂力學(xué)問題的損傷力學(xué)分析；材料抗斷裂性能中尺寸效應(yīng)的理論分析；復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)分層問題的斷裂力學(xué)分析。此外，為了方便讀者，本書還扼要介紹了斷裂力學(xué)與損傷力學(xué)的基本原理。以上關(guān)于斷裂力學(xué)方面的創(chuàng)新成果曾獲國家級科技進步三等獎與部委級科技進步一、二等獎?！　”緦Ｖm用于從事飛行器及地面設(shè)備結(jié)構(gòu)損傷容限與耐久性設(shè)計的工程技術(shù)人員、科研人員以及固體力學(xué)、航空航天與機械等專業(yè)的研究生。

作者簡介

張行，教授，博士生導(dǎo)師，政府特殊津貼獲得者，原航空工業(yè)部“有特殊貢獻(xiàn)專家”；1932年出生，1952年畢業(yè)于清華大學(xué)航空工程系，此后一直在北京航空航天大學(xué)從事固體力學(xué)教學(xué)與科研工作。其研究領(lǐng)域涵蓋斷裂力學(xué)、復(fù)合材料力學(xué)、損傷力學(xué)、彈塑性力學(xué)與飛機結(jié)構(gòu)力學(xué)等，在國內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物發(fā)表論文約160篇；出版學(xué)術(shù)專著與研究生教材共7種；解決重大工程問題10項；獲國家級科技進步三等獎2項，部委級科技進步一、二等獎6項。

書籍目錄

第1章 二維線彈性斷裂力學(xué)分析的解析方法1.1 彈性理論平面問題力法支配方程1.1.1 平衡方程、相容方程與本構(gòu)關(guān)系1.1.2 應(yīng)力函數(shù)與力法支配方程1.2 彈性理論平面問題的復(fù)變函數(shù)通解1.2.1 應(yīng)力函數(shù)的復(fù)變函數(shù)表達(dá)式1.2.2 應(yīng)力分量的復(fù)變函數(shù)表達(dá)式1.2.3 位移分量的復(fù)變函數(shù)表達(dá)式1.3 含內(nèi)部裂紋有限大板的通解1.3.1 滿足裂紋表面靜力邊界條件的解答1.3.2 滿足圍繞裂紋位移單值條件的解答1.3.3 裂紋尖端近場解與應(yīng)力強度因子1.4 含內(nèi)部裂紋無限大板的特解1.4.1 滿足無限遠(yuǎn)處靜力邊界條件的解答1.4.2 應(yīng)力分量的全場解1.4.3 位移分量的全場解1.4.4 應(yīng)力強度因子的表達(dá)式1.5 含內(nèi)部裂紋的反平面問題1.5.1 反平面問題位移法支配方程與通解1.5.2 滿足裂紋表面靜力邊界條件的解答1.5.3 滿足圍繞裂紋位移單值條件的解答1.5.4 裂紋尖端近場解與應(yīng)力強度因子1.5.5 無限大棱柱體特解參考文獻(xiàn)第2章 二維應(yīng)力強度因子的能量差率解法2.1 能量差率及其與應(yīng)力強度因子的關(guān)系2.1.1 應(yīng)變能差率與總勢能差率2.1.2 能量差率與應(yīng)力強度因子的關(guān)系2.2 均勻受載含內(nèi)部裂紋無限大板能量差率解法2.2.1 能量差率解法支配方程2.2.2 應(yīng)力強度因子的求解2.3 任意受載含內(nèi)部裂紋板能量差率解法2.3.1 對稱情況下應(yīng)力強度因子的解法2.3.2 非對稱情況下應(yīng)力強度因子的解法2.4 雙懸臂梁應(yīng)力強度因子能量差率解法2.4.1 不計根部效應(yīng)的情況2.4.2 計及根部效應(yīng)的情況2.5 平面問題應(yīng)力強度因子的剛度導(dǎo)數(shù)解法2.5.1 張開型裂紋情況2.5.2 復(fù)合型裂紋情況參考文獻(xiàn)第3章 二維應(yīng)力強度因子邊界配位解法3.1 平面問題極坐標(biāo)系分離變量解法3.1.1 平面問題極坐標(biāo)系基本方程3.1.2 極坐標(biāo)系基本方程通解3.2 含邊緣裂紋有限大板的通解3.2.1 滿足裂紋表面邊界條件的解答3.2.2 應(yīng)力分量的全場解與近場解3.3 應(yīng)力強度因子的邊界配位解法3.3.1 裂紋以外的邊界條件3.3.2 應(yīng)力強度因子的邊界配位解法3.4 標(biāo)準(zhǔn)試樣應(yīng)力強度因子的表達(dá)式3.4.1 三點彎曲試樣3.4.2 緊湊拉伸試樣參考文獻(xiàn)第4章 二維應(yīng)力強度因子的解析變分解法——各向同性板4.1 各向同性平面問題位移法支配方程及其通解4.1.1 平面問題位移法支配方程4.1.2 支配方程的復(fù)變函數(shù)通解4.2 含邊緣裂紋有限大板的解析變分解法4.2.1 滿足裂紋表面邊界條件的解答4.2.2 含邊緣裂紋板的應(yīng)力場4.2.3 含邊緣裂紋板的位移場4.2.4 以位移法為基礎(chǔ)的總勢能原理4.2.5 應(yīng)力強度因子的解析變分解法4.2.6 邊緣裂紋情況解析變分解法實例4.3 含內(nèi)部裂紋有限大板的解析變分解法4.3.1 滿足裂紋表面邊界條件的解答4.3.2 滿足位移單值條件的解答4.3.3 應(yīng)力強度因子的解析變分解法4.4 含孔邊單側(cè)裂紋有限大板的解析變分解法4.4.1 含孔邊單側(cè)裂紋板應(yīng)力場與位移場4.4.2 應(yīng)力場與位移場解析變分解法4.5 含孔邊雙側(cè)不等長裂紋有限大板解析最小二乘解法4.5.1 含孔邊雙側(cè)裂紋板應(yīng)力場與位移場4.5.2 應(yīng)力場與位移場最小二乘解法4.5.3 收斂試驗4.5.4 計算結(jié)果參考文獻(xiàn)第5章 二維應(yīng)力強度因子的解析變分解法——含邊緣裂紋各向異性板5.1 各向異性平面問題支配方程及其復(fù)變函數(shù)通解5.1.1 各向異性平面問題的支配方程5.1.2 通解的復(fù)變函數(shù)表達(dá)式5.2 含邊緣裂紋有限大板的解析變分解法5.2.1 滿足裂紋表面邊界條件的解析解5.2.2 滿足繞釘孔位移單值條件與合力邊界條件的解析表達(dá)式5.2.3 應(yīng)力強度因子的解析變分解法5.2.4 數(shù)值計算的實例與系統(tǒng)結(jié)果5.3 含邊緣裂紋有限大板的解析廣義變分解法5.3.1 廣義變分解法5.3.2 數(shù)值計算的實例與系統(tǒng)結(jié)果5.4 含邊緣裂紋有限大板的解析分區(qū)廣義變分解法5.4.1 分區(qū)廣義變分解法5.4.2 數(shù)值計算的實例與系統(tǒng)結(jié)果參考文獻(xiàn)第6章 二維應(yīng)力強度因子的解析變分解法——含內(nèi)部裂紋各向異性板6.1 單塊平板孔邊裂紋情況6.1.1 單塊平板孔邊裂紋問題的支配方程與通解6.1.2 單塊平板孔邊裂紋情況的解析變分解法6.1.3 單塊平板孔邊裂紋情況的數(shù)值計算實例和系統(tǒng)計算結(jié)果6.2 加勁平板孔邊裂紋情況6.2.1 被加勁板的一般表達(dá)式6.2.2 加勁環(huán)的一般表達(dá)式第7章 三維應(yīng)力強度因子能量差率閉合解法——張開型裂紋第8章 三維應(yīng)力強度因子能量差率閉合解法——剪切型裂紋第9章 宏觀損傷力學(xué)本構(gòu)理論簡介第10章 疲勞裂紋尖端場的彈性損傷漸近分析第11章 疲勞裂紋尖端場的彈塑性損傷漸近分析第12章 單調(diào)加載下擴展裂紋彈塑性損傷漸近分析第13章 材料抗斷裂性能厚度效應(yīng)的半工程半理論研究第14章 材料抗斷裂性能厚度效應(yīng)的理論研究第15章 基于損傷力學(xué)的疲勞裂紋形成與擴展的統(tǒng)一研究第16章 正交鋪層層合板的二維分層力學(xué)研究第17章 斜交鋪層層合板的二維分層力學(xué)研究第18章 復(fù)合材料層合板三維分層力學(xué)研究附錄A 各向異性邊緣裂紋平面問題角分布函數(shù)在各向同性情況下的推廣附錄B 關(guān)于擴展裂紋尖端場中獨立待定參量個數(shù)的分析附錄C 關(guān)于擴展裂紋尖端場中塑性力學(xué)全量理論適用性的討論

章節(jié)摘錄

插圖：第15章　基于損傷力學(xué)的疲勞裂紋形成與擴展的統(tǒng)一研究15.1.8 結(jié)論本節(jié)通過損傷力學(xué)方法，在無應(yīng)力集中的條件下，根據(jù)損傷演化方程，獲得計及初始損傷的理論疲勞曲線。進一步通過相應(yīng)的理論中值疲勞曲線以及理論理想疲勞曲線，根據(jù)有限的試驗數(shù)據(jù)即可確定理論疲勞曲線中的參量，從而獲取疲勞曲線計算公式。根據(jù)計算公式，可以方便地得到一組以初始損傷為參數(shù)的疲勞曲線族，并由此得到以失效概率為參數(shù)的疲勞曲線族，從而大大降低所需的試驗數(shù)據(jù)，并為結(jié)構(gòu)抗疲勞設(shè)計和壽命估算提供必要的基礎(chǔ)。15.2 裂紋形成與擴展分析的損傷力學(xué)方法15.2.1 引言在疲勞分析中，一般來說，構(gòu)件的疲勞失效過程可以分為裂紋形成與裂紋擴展兩個階段。對于裂紋形成階段，目前的分析方法主要建立在試驗與統(tǒng)計相結(jié)合的基礎(chǔ)上；對于裂紋擴展階段，則采用斷裂力學(xué)的方法，通過試驗，建立由應(yīng)力強度因子或守恒積分控制的各種類型的裂紋擴展速率經(jīng)驗公式來進行分析。因此，在現(xiàn)行的疲勞分析框架中，不論是在建模上還是在采集試驗數(shù)據(jù)上，均將裂紋形成與裂紋擴展作為兩個彼此獨立的過程分別進行處理。實質(zhì)上，從損傷力學(xué)的觀點出發(fā)，兩者同屬于一個連續(xù)的疲勞失效過程。

編輯推薦

《斷裂與損傷力學(xué)(第2版)》是張行編寫的，由北京航空航天大學(xué)出版社出版。

圖書封面

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