目錄
前言
第1章　損傷、疲勞與斷裂概述1
1.1　缺口效應(yīng)與應(yīng)力集中1
1.1.1　缺口效應(yīng)1
1.1.2　應(yīng)力集中1
1.1.3　應(yīng)變集中3
1.2　損傷及其描述3
1.2.1　損傷及描述方案3
1.2.2　損傷變量、有效應(yīng)力和有效應(yīng)變4
1.3　疲勞及其描述7
1.3.1　疲勞破壞機(jī)理與疲勞特征7
1.3.2　循環(huán)應(yīng)力8
1.3.3　疲勞壽命及安全壽命9
1.3.4　疲勞分類10
1.3.5　疲勞性能11
1.4　斷裂及其描述14
1.4.1　脆性斷裂14
1.4.2　延性斷裂15
第2章　金屬損傷理論16
2.1　損傷理論基礎(chǔ)16
2.1.1　損傷力學(xué)分類16
2.1.2　損傷理論的基本假設(shè)16
2.1.3　損傷理論的研究方法17
2.1.4　熱力學(xué)定律18
2.1.5　耗散勢(shì)與損傷應(yīng)變能釋放率22
2.1.6　含損傷結(jié)構(gòu)定解問(wèn)題的求解方法25
2.2　脆性與韌性損傷理論27
2.2.1　損傷對(duì)材料強(qiáng)度的影響27
2.2.2　損傷律及脆性損傷模型30
2.2.3　脆性材料拉伸的微裂紋擴(kuò)展區(qū)損傷模型34
2.2.4　脆性材料壓縮的微裂紋擴(kuò)展區(qū)損傷模型46
2.2.5　一維脆塑性損傷模型58
2.2.6　韌性損傷及金屬成型極限條件62
2.2.7　韌性損傷的微觀機(jī)制與孔洞萌生66
2.2.8　Ramberg-Osgood耦合損傷的多軸模型73
2.3　蠕變損傷理論75
2.3.1　蠕變損傷現(xiàn)象75
2.3.2　一維蠕變損傷理論76
2.3.3　構(gòu)件變形時(shí)的蠕變脆性破壞79
2.3.4　多軸應(yīng)力下薄壁管的蠕變損傷90
2.3.5　形狀因素對(duì)蠕變脆性損傷的影響92
2.3.6　環(huán)境條件對(duì)蠕變脆斷的影響95
2.3.7　蠕變脆斷的Pabotnov模型98
2.3.8　Kachanov蠕變損傷理論99
2.3.9　Murakami-Ohno蠕變損傷理論103
2.4　疲勞損傷理論112
2.4.1　一維疲勞損傷模型112
2.4.2　一維纖維束模型118
2.4.3　基于熱力學(xué)的疲勞損傷理論123
2.4.4　疲勞損傷的非線性模型126
2.4.5　焊縫熱模擬材料低周疲勞損傷分析128
2.4.6　蠕變與疲勞的交互作用130
2.5　各向同性損傷理論132
2.5.1　Lemaitre-Chaboche塑性損傷理論132
2.5.2　Rousselier損傷理論137
2.5.3　Krajcinovic矢量損傷理論141
2.5.4　各向同性彈性的雙標(biāo)量損傷理論146
2.5.5　含損傷彈性介質(zhì)的隨機(jī)場(chǎng)理論150
2.6　各向異性損傷理論156
2.6.1　各向異性損傷的力學(xué)分析156
2.6.2　Choboche各向異性損傷理論162
2.6.3　Sidoroff各向異性損傷理論169
2.6.4　應(yīng)力軟化與非局部損傷模型173
2.7　細(xì)觀損傷理論175
2.7.1　細(xì)觀損傷力學(xué)的基本概念175
2.7.2　微裂紋損傷材料有效模量的計(jì)算方法177
2.7.3　Gurson模型187
2.7.4　臨界空穴擴(kuò)張比理論198
第3章　金屬疲勞理論201
3.1　材料的彈塑性本構(gòu)關(guān)系201
3.1.1　彈性本構(gòu)關(guān)系201
3.1.2　理想化材料模型的本構(gòu)關(guān)系202
3.1.3　屈服條件205
3.1.4　塑性本構(gòu)關(guān)系207
3.2　材料的多軸循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變特性211
3.2.1　單軸循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變特性211
3.2.2　多軸循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變曲線217
3.2.3　多軸循環(huán)硬化/軟化特性222
3.3　材料的多軸循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系226
3.3.1　循環(huán)變形的強(qiáng)化效應(yīng)226
3.3.2　多軸循環(huán)塑性模型229
3.3.3　多軸比例循環(huán)加載下的循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系232
3.3.4　多軸非比例循環(huán)加載下的循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系233
3.3.5　基于臨界面法的多軸非比例循環(huán)加載下的循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系238
3.4　多軸疲勞裂紋的擴(kuò)展機(jī)理與損傷參量240
3.4.1　多軸疲勞裂紋的萌生與擴(kuò)展240
3.4.2　表面多軸疲勞裂紋的萌生位向與擴(kuò)展特性241
3.4.3　多軸疲勞破壞準(zhǔn)則245
3.4.4　多軸疲勞損傷參量248
3.5　多軸疲勞損傷累積模型257
3.5.1　多軸循環(huán)計(jì)數(shù)方法258
3.5.2　單軸非線性疲勞損傷累積模型263
3.5.3　多軸疲勞損傷累積模型267
3.5.4　多軸疲勞損傷累積模型的加載條件269
3.5.5　多軸加載下的缺口多軸疲勞273
3.5.6　變幅多軸疲勞損傷模型290
3.6　多軸疲勞壽命預(yù)測(cè)方法292
3.6.1　靜強(qiáng)度準(zhǔn)則下的多軸疲勞壽命預(yù)測(cè)方法292
3.6.2　多軸疲勞壽命預(yù)測(cè)的能量法295
3.6.3　多軸疲勞壽命預(yù)測(cè)的臨界面法296
3.6.4　能量法與臨界面法的組合298
3.6.5　多軸疲勞壽命預(yù)測(cè)299
3.7　疲勞裂紋的擴(kuò)展特性302
3.7.1　等幅載荷下的裂紋擴(kuò)展302
3.7.2　影響疲勞裂紋擴(kuò)展的因素305
3.7.3　裂紋的閉合效應(yīng)305
3.7.4　缺口根部的疲勞裂紋307
3.7.5　疲勞裂紋擴(kuò)展的門檻值308
3.7.6　疲勞裂紋壽命預(yù)測(cè)312
3.8　高溫多軸疲勞特性319
3.8.1　高溫多軸疲勞預(yù)測(cè)方法與模型319
3.8.2　非比例加載下的高溫多軸疲勞行為325
3.8.3　變幅多軸加載下的高溫疲勞特性330
3.8.4　高溫條件下的多軸疲勞壽命預(yù)測(cè)方法336
第4章　金屬斷裂理論344
4.1　線彈性裂紋理論344
4.1.1　裂紋尖端彈性應(yīng)力場(chǎng)345
4.1.2　應(yīng)力強(qiáng)度因子理論352
4.1.3　裂紋擴(kuò)展能量原理354
4.1.4　裂紋尖端的塑性區(qū)358
4.1.5　試樣厚度對(duì)材料斷裂韌性的影響364
4.1.6　裂紋擴(kuò)展阻力曲線365
4.2　復(fù)合型裂紋的脆斷理論367
4.2.1　復(fù)合型裂紋的變形特征367
4.2.2　應(yīng)力參數(shù)準(zhǔn)則369
4.2.3　分支裂紋的應(yīng)力強(qiáng)度因子376
4.2.4　能量釋放率準(zhǔn)則380
4.2.5　塑性變形對(duì)復(fù)合型裂紋脆性斷裂的影響382
4.3　彈塑性斷裂理論385
4.3.1　J積分原理386
4.3.2　HRR奇異場(chǎng)390
4.3.3　J積分準(zhǔn)則與J控制擴(kuò)展396
4.3.4　斷裂韌性測(cè)試400
4.3.5　彈塑性裂紋模型406
4.3.6　裂紋張開(kāi)位移準(zhǔn)則409
4.4　裂紋尖端彈塑性高階場(chǎng)413
4.4.1　高階場(chǎng)基本方程413
4.4.2　一階場(chǎng)和二階場(chǎng)415
4.4.3　J-Q雙參數(shù)方法418
4.4.4　J-k斷裂準(zhǔn)則421
4.4.5　平面應(yīng)力裂端彈塑性場(chǎng)423
4.5　金屬材料裂紋動(dòng)態(tài)擴(kuò)展理論429
4.5.1　動(dòng)態(tài)裂紋定常擴(kuò)展430
4.5.2　裂紋面上集中剪切力431
4.5.3　黏結(jié)區(qū)模型與Broberg問(wèn)題432
4.5.4　外載荷作用下的裂紋擴(kuò)展438
4.5.5　對(duì)稱擴(kuò)展剪切裂紋與Ⅱ型超剪切波擴(kuò)展裂紋446
4.5.6　裂紋尖端超彈性區(qū)對(duì)裂紋擴(kuò)展速度的影響457
4.6　裂紋的快速傳播與止裂問(wèn)題461
4.6.1　運(yùn)動(dòng)裂紋的動(dòng)能462
4.6.2　裂紋尖端位移場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)的漸近展開(kāi)464
4.6.3　運(yùn)動(dòng)裂紋與傳播裂紋的分析解470
4.6.4　止裂原理與方法479
4.6.5　動(dòng)態(tài)J積分486
4.6.6　基于形變理論的穩(wěn)態(tài)裂紋的動(dòng)態(tài)漸近場(chǎng)489
4.6.7　運(yùn)動(dòng)Dugdale模型491
4.6.8　彈性-理想塑性材料中擴(kuò)展裂紋的漸近解502
4.6.9　冪硬化彈塑性材料中擴(kuò)展裂紋的漸近解516
4.6.10　黏塑性材料中高應(yīng)變率裂紋擴(kuò)展520
第5章　特殊問(wèn)題斷裂理論528
5.1　V形切口問(wèn)題528
5.1.1　V形切口問(wèn)題的特征方程528
5.1.2　V形切口問(wèn)題的應(yīng)力函數(shù)532
5.1.3　V形切口問(wèn)題的應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)533
5.1.4　V形切口問(wèn)題的應(yīng)力強(qiáng)度因子534
5.1.5　V形切口問(wèn)題的特征值535
5.1.6　V形切口尖端的奇異性536
5.2　界面裂紋及動(dòng)態(tài)擴(kuò)展538
5.2.1　彈性界面力學(xué)538
5.2.2　界面裂紋的彈性斷裂理論540
5.2.3　典型的界面斷裂問(wèn)題546
5.2.4　界面斷裂試驗(yàn)564
5.3　雙材料界面動(dòng)態(tài)裂紋擴(kuò)展568
5.3.1　雙材料裂紋的應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)568
5.3.2　準(zhǔn)靜態(tài)/動(dòng)態(tài)裂紋擴(kuò)展570
5.3.3　雙材料界面裂紋含接觸區(qū)的跨聲速擴(kuò)展576
5.4　異彈界面裂紋的斷裂分析586
5.4.1　異彈界面裂紋的縫端應(yīng)力場(chǎng)586
5.4.2　界面裂紋的動(dòng)態(tài)模擬590
5.4.3　中心裂紋板分析593
5.4.4　單邊裂紋板分析594
第6章　動(dòng)態(tài)問(wèn)題的數(shù)值方法596
6.1　有限元法596
6.1.1　有限元法原理596
6.1.2　傳播裂紋的有限元分析600
6.2　V形切口問(wèn)題的有限元法602
6.2.1　V形切口問(wèn)題的無(wú)限相似單元法603
6.2.2　V形切口問(wèn)題的無(wú)限相似單元轉(zhuǎn)換法606
6.3　斷裂動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的無(wú)限相似單元法610
6.3.1　動(dòng)態(tài)平面斷裂問(wèn)題及其有限元法的基本方程610
6.3.2　動(dòng)態(tài)平面斷裂問(wèn)題的應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)和應(yīng)力強(qiáng)度因子612
6.3.3　動(dòng)態(tài)平面斷裂問(wèn)題的有限相似單元法615
6.3.4　動(dòng)態(tài)平面斷裂問(wèn)題的無(wú)限相似單元法618
6.3.5　動(dòng)態(tài)平面斷裂問(wèn)題的無(wú)限相似單元轉(zhuǎn)換法620
6.4　動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的邊界元法622
6.4.1　位勢(shì)問(wèn)題的邊界元法623
6.4.2　彈性力學(xué)問(wèn)題的邊界元法629
6.4.3　彈性動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的邊界元法632
6.4.4　斷裂力學(xué)問(wèn)題的邊界元法636
6.4.5　彈性力學(xué)問(wèn)題的特解邊界元法640
6.4.6　動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的特解邊界元法649
6.4.7　動(dòng)態(tài)裂紋問(wèn)題的耦合方法655
6.4.8　動(dòng)態(tài)裂紋問(wèn)題的邊界元多域分析方法663
參考文獻(xiàn)669