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疲劳裂纹扩展：检测—评估—预防
作者：Hans Albert Richard, ManuelaSander 著
出版社：中国石化出版社有限公司
出版时间：2021-12-01
ISBN：9787511465207
定价：¥78.00
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内容简介
本书的内容包括恒载疲劳，变载疲劳，多轴疲劳，无裂纹试样疲劳的情况，有裂纹试样疲劳的情况，恒载裂纹扩展速率，变载裂纹扩展速率，疲劳的断口形貌，疲劳裂纹扩展路径，疲劳失效的避免，疲劳的研究与发展等。同时在附录中也增加了与疲劳性能密切相关的断裂力学内容，随机过程理论及无损检测内容。重点是光滑试样的疲劳和疲劳裂纹扩展扩展。本书的优点是，作者编著时把易读性作为重点，条理十分清晰。
作者简介
许天旱，男，1971年8月生，陕西礼泉人，教授，博士，硕士生导师，曾担任材料科学与工程学院材料学系主任，材料物理党支部书记，兼任中国腐蚀与防护学会（CSCP）会员，中国金属学会（CSM）会员，兼任CERAM. INT. 等国际SCI期刊审稿人。2005年西安理工大学获得材料学硕士学位，2012年西安交通大学获得材料学博士学位，2015年9月国家公派在美国俄亥俄州立大学（OSU）做访问学者，为期1年。2005年4月于西安石油大学材料科学与工程学院参加教学工作至今，主讲课程有《材料物理学》、《基础材料与新材料》、《无损检测技术》、《材料理化分析》等。主要研究方向为金属材料性能表征，材料的腐蚀与防护及材料计算。先后主持完成和参与各类重大科研项目10余项，在研科研项目5项，主持教改项目多项，指导本科生参加“挑战杯”科技竞赛，先后获得陕西省一等奖，全国三等奖。1篇学术论文获“第四届中国科协期刊优秀学术论文”奖。获得陕西省高等学校科技奖励二等奖2次。以发明人申请并获得授权发明专利及实用新型专利20余项。以作者在国内外知名学术期刊及核心期刊《Materials characterization》、《Materials Science and Engineering： A》、《Materials Science Forum》、《稀有金属材料科学与工程》、《材料热处理学报》、《材料工程》等上发表论文50余篇，SCI、EI和ISTP收录论文10余篇，主编“普通高等教育‘十三五’规划教材”1部，著有专著1部，参编“普通高等教育‘十二五’规划教材”1部，《材料物理学》精品课程负责人。
目录
第1章 根据强度标准设计构件和结构
1.1 构件和结构的负荷
1.2 构件和结构中的应力和应力状态
1.2.1 平面应力状态
1.2.2 空间应力状态
1.2.3 主应力
1.2.4 平面应力状态或平面应变状态
1.3 静态强度的校核
1.3.1 等效应力
1.3.2 许用应力
1.3.3 强度校核-操作步骤
1.3.4 考虑缺口效应
1.3.5 应力集中系数
1.3.6 材料参数和安全系数
1.4 疲劳强度的校核
1.4.1 有效应力和许用应力
1.4.2 材料参数
1.4.3 表面和尺寸系数
1.4.4 缺口构件的疲劳强度校核
1.5 结构耐久性校核
1.6 其它校核
1.7 经典构件设计的限制
参考文献
第2章 裂纹扩展引起的损伤
2.1 裂纹萌生和裂纹扩展
2.2 稳定和不稳定的裂纹扩展
2.3 损伤分析/断裂表面分析
2.4 ICE车轮轮胎的疲劳裂纹扩展
2.5 压力机架的裂纹扩展
2.6 内部高压金属成型机紧固件的疲劳裂纹扩展
2.7 老式汽车驱动轴的断裂
2.8 其他损伤事件
2.9 构件和结构中的基本裂纹路径和裂纹形状
2.9.1 基本应力状态的裂纹路径
2.9.2 轴上的裂纹路径和裂纹形状
2.9.3 构件和结构中系统化的裂纹类型
2.10 使用无损检测方法探测裂纹
参考文献
第3章 断裂力学基础
3.1 裂纹和裂纹模式
3.1.1 模式I
3.1.2 模式II
3.1.3 模式III
3.1.4 混合模式
3.2 裂纹处的应力分布
3.2.1 用弹性理论解决裂纹问题
3.2.2 平面裂纹问题的应力分布
3.3 裂纹附近的位移场
3.4 应力强度因子
3.4.1 裂纹模式I，II和III的应力强度因子
3.4.2 基本裂纹问题的应力强度因子
3.4.3 应力强度因子的叠加，等效应力强度因子
3.4.3.1 应力强度因子的叠加
3.4.3.2 平面混合模式载荷下的等效应力强度因子
3.4.3.3 空间混合模态加载的等效应力强度因子
3.5 裂尖局部的塑性
3.5.1 估算塑性区域
3.5.2 裂纹长度修正
3.5.3 塑性区在疲劳裂纹扩展中的意义
3.6 能量释放率和J-积分
3.6.1 能量释放率
3.6.2 J-积分
3.7 确定应力强度因子和其它断裂力学量
3.7.1 根据裂纹附近的应力场确定应力强度因子
3.7.2 根据裂纹附近的位移场确定应力强度因子
3.7.3 用J-积分确定断裂力学量
3.7.4 用裂纹闭合积分确定断裂力学量
3.8 预测不稳定裂纹扩展的概念
3.8.1 模式I的K概念
3.8.2 模式II，模式III和混合模式载荷的K概念
3.8.3 能量释放率准则
3.8.4 J-准则
3.9 断裂韧性
3.10 使用断裂力学方法评估带裂纹的构件
3.10.1 断裂-力学校核操作步骤
3.10.2 对模式I裂纹问题应用断裂准则和断裂力学分析
3.10.3 将断裂准则和断裂力学分析应用于模式II，模式III和混合模式问题
3.11 结合强度计算和断裂力学
参考文献
第4章 恒幅循环载荷下的疲劳裂纹扩展
4.1 构件载荷与循环应力强度的关系
4.1.1 I型加载模式下的时变应力场
4.1.2 模式I的循环应力强度因子
4.1.3 R比率
4.1.4 裂纹扩展过程
4.1.5 II型加载模式、III型加载模式和混合加载模式下的时变应力场
4.1.6 模式II的循环应力强度因子
4.1.7 模式Ⅲ的循环应力强度因子
4.1.8 二维混合模式下加载
4.1.9 三维混合模式加载
4.2 裂纹扩展速率与循环应力强度因子的关系
4.2.1 模式I的疲劳裂纹扩展极限
4.2.2 影响裂纹扩展曲线的因素
4.2.3 疲劳裂纹扩展过程中的裂纹闭合行为
4.2.4 门槛值和门槛值行为
4.2.4.1 基于裂纹闭合的门槛值行为
4.3 模式I的裂纹扩展概念
4.3.1 Paris法则
4.3.2 Erdogan / Ratwani法则
4.3.3 Forman / Mettu方程
4.3.4 裂纹扩展方程的比较
4.3.5 确定剩余寿命
4.4 在模式Ⅱ，模式Ⅲ和混合模式载荷下的裂纹扩展
4.4.1 初始裂纹在模式II载荷下的裂纹扩展
4.4.2 初始裂纹在模式III载荷下的裂纹扩展
4.4.3 二维混合模式载荷下的裂纹扩展
4.4.4 三维混合模式载荷下的裂纹扩展
4.5 评估疲劳裂纹扩展的程序
4.5.1 疲劳裂纹扩展的断裂力学评估
4.5.2 确定疲劳裂纹扩展可能的裂纹长度
4.5.3 安全预防疲劳裂纹扩展的发生
4.5.4 疲劳裂纹扩展区域
4.5.5 确定检查间隔
4.6 疲劳强度计算和断裂力学的结合
参考文献
第5章 试验确定材料断裂力学参数
5.1 临界应力强度因子和断裂韧度
5.1.1 根据ASTM E 399标准确定断裂韧度
5.1.1.1 试样和取样
5.1.1.2 小试样尺寸
5.1.1.3 初始引发缺口和初始疲劳裂纹
5.1.2 确定断裂韧度的试验方法
5.1.3 KIC或KQ？-对测试的评估
5.2 门槛值和裂纹扩展曲线
5.2.1 根据标准ASTM E 647确定门槛值和裂纹扩展曲线
5.2.2 确定门槛值的方法
5.2.3 测量裂纹长度的方法
5.2.4 确定疲劳裂纹扩展速率
5.2.5 评估门槛值和裂纹扩展曲线试验
5.3 模式I裂纹扩展的材料参数
5.3.1 断裂韧度
5.3.1.1 断裂韧度的基本影响因素
5.3.1.2 各种材料的断裂韧度概述
5.3.1.3 选定材料的断裂韧度
5.3.2 疲劳裂纹扩展门槛值
5.3.3 疲劳裂纹扩展曲线
5.4 模式II和混合模式加载的材料参数
5.4.1 模式II加载
5.4.2 二维混合模式加载
5.4.3 三维混合模式加载
参考文献
第6章 服役载荷下的疲劳裂纹扩展
6.1 载荷谱和累积频率分布
6.1.1 确定服役载荷
6.1.2 计数方法
6.1.3 标准载荷谱
6.2 交互效应
6.2.1 过载
6.2.2 欠载
6.2.3 欠载和过载的组合
6.2.4 过载序列
6.2.5 块载
6.2.6 服役载荷
6.3 变幅载荷下的裂纹扩展概念
6.3.1 全局分析
6.3.2 线性损伤累积
6.3.3 屈服区模型
6.3.4 裂纹闭合模型
6.3.5 条带屈服模型
6.4 混合模式加载
6.4.1 加载方向变化或裂纹局部加载变化后裂纹扩展
6.4.2 混合模式过载对疲劳裂纹扩展的影响
参考文献
第7章 疲劳裂纹扩展的模拟
7.1 分析裂纹扩展模拟
7.1.1 NASGRO 和 ESACRACK
7.1.2 AFGROW
7.2 数值裂纹扩展模拟
7.2.1 有限元的基本程序
7.2.2 用于二维裂纹扩展模拟的FRANC / FAM程序系统
7.2.3 用于三维裂纹扩展模拟的程序系统ADAPCRACK3D
7.3 用有限元分析确定载荷变化的影响
参考文献
第8章 循环载荷下的裂纹萌生
8.1 描述裂纹萌生的模型
8.1.1 门槛值曲线概念
8.1.2 临界距离理论
8.1.3 疲劳裂纹阻力曲线概念
8.1.4 概念
8.2 短裂纹扩展
参考文献
第9章 实例
9.1 管道泄漏
9.1.1 管道中的应力
9.1.2 裂纹的应力强度因子
9.1.3 防止裂纹扩展失稳的安全系数
9.1.4 裂纹失稳扩展的起始裂纹长度
9.2 研究ICE轮胎的疲劳裂纹扩展
9.2.1 橡胶弹性轮的结构和载荷
9.2.2 应力数值分析
9.2.3 轮箍断裂的损伤分析
9.2.4 轮箍材料的断裂力学表征
9.2.5 疲劳裂纹扩展的数值模拟
9.2.6 试验模拟裂纹扩展
9.3 压机机架疲劳裂纹扩展的模拟
9.4 防止活塞裂纹扩展
9.5 飞机结构中的裂纹扩展研究
9.6 旋转弯曲载荷下轴表面裂纹的参数研究
9.6.1 累积频率分布的影响
9.6.2 缺口效应和压装应力的影响
9.6.3 初始裂纹深度和几何形状对剩余寿命模拟的影响
9.7 压力恢复
9.7.1 密封盖中裂纹几何建模
9.7.2 盖的应力分析
9.7.3 开裂密封盖的有限元分析结果
9.7.4 有限元结果的断裂力学评估
9.7.5 继续机器操作的后果
9.8 延长机器和设备的剩余寿命的措施
9.8.1 裂纹检测后机器或系统的继续运行
9.8.2 新设计的优化措施
参考文献
1.1 构件和结构的负荷
1.2 构件和结构中的应力和应力状态
1.2.1 平面应力状态
1.2.2 空间应力状态
1.2.3 主应力
1.2.4 平面应力状态或平面应变状态
1.3 静态强度的校核
1.3.1 等效应力
1.3.2 许用应力
1.3.3 强度校核-操作步骤
1.3.4 考虑缺口效应
1.3.5 应力集中系数
1.3.6 材料参数和安全系数
1.4 疲劳强度的校核
1.4.1 有效应力和许用应力
1.4.2 材料参数
1.4.3 表面和尺寸系数
1.4.4 缺口构件的疲劳强度校核
1.5 结构耐久性校核
1.6 其它校核
1.7 经典构件设计的限制
参考文献
第2章 裂纹扩展引起的损伤
2.1 裂纹萌生和裂纹扩展
2.2 稳定和不稳定的裂纹扩展
2.3 损伤分析/断裂表面分析
2.4 ICE车轮轮胎的疲劳裂纹扩展
2.5 压力机架的裂纹扩展
2.6 内部高压金属成型机紧固件的疲劳裂纹扩展
2.7 老式汽车驱动轴的断裂
2.8 其他损伤事件
2.9 构件和结构中的基本裂纹路径和裂纹形状
2.9.1 基本应力状态的裂纹路径
2.9.2 轴上的裂纹路径和裂纹形状
2.9.3 构件和结构中系统化的裂纹类型
2.10 使用无损检测方法探测裂纹
参考文献
第3章 断裂力学基础
3.1 裂纹和裂纹模式
3.1.1 模式I
3.1.2 模式II
3.1.3 模式III
3.1.4 混合模式
3.2 裂纹处的应力分布
3.2.1 用弹性理论解决裂纹问题
3.2.2 平面裂纹问题的应力分布
3.3 裂纹附近的位移场
3.4 应力强度因子
3.4.1 裂纹模式I，II和III的应力强度因子
3.4.2 基本裂纹问题的应力强度因子
3.4.3 应力强度因子的叠加，等效应力强度因子
3.4.3.1 应力强度因子的叠加
3.4.3.2 平面混合模式载荷下的等效应力强度因子
3.4.3.3 空间混合模态加载的等效应力强度因子
3.5 裂尖局部的塑性
3.5.1 估算塑性区域
3.5.2 裂纹长度修正
3.5.3 塑性区在疲劳裂纹扩展中的意义
3.6 能量释放率和J-积分
3.6.1 能量释放率
3.6.2 J-积分
3.7 确定应力强度因子和其它断裂力学量
3.7.1 根据裂纹附近的应力场确定应力强度因子
3.7.2 根据裂纹附近的位移场确定应力强度因子
3.7.3 用J-积分确定断裂力学量
3.7.4 用裂纹闭合积分确定断裂力学量
3.8 预测不稳定裂纹扩展的概念
3.8.1 模式I的K概念
3.8.2 模式II，模式III和混合模式载荷的K概念
3.8.3 能量释放率准则
3.8.4 J-准则
3.9 断裂韧性
3.10 使用断裂力学方法评估带裂纹的构件
3.10.1 断裂-力学校核操作步骤
3.10.2 对模式I裂纹问题应用断裂准则和断裂力学分析
3.10.3 将断裂准则和断裂力学分析应用于模式II，模式III和混合模式问题
3.11 结合强度计算和断裂力学
参考文献
第4章 恒幅循环载荷下的疲劳裂纹扩展
4.1 构件载荷与循环应力强度的关系
4.1.1 I型加载模式下的时变应力场
4.1.2 模式I的循环应力强度因子
4.1.3 R比率
4.1.4 裂纹扩展过程
4.1.5 II型加载模式、III型加载模式和混合加载模式下的时变应力场
4.1.6 模式II的循环应力强度因子
4.1.7 模式Ⅲ的循环应力强度因子
4.1.8 二维混合模式下加载
4.1.9 三维混合模式加载
4.2 裂纹扩展速率与循环应力强度因子的关系
4.2.1 模式I的疲劳裂纹扩展极限
4.2.2 影响裂纹扩展曲线的因素
4.2.3 疲劳裂纹扩展过程中的裂纹闭合行为
4.2.4 门槛值和门槛值行为
4.2.4.1 基于裂纹闭合的门槛值行为
4.3 模式I的裂纹扩展概念
4.3.1 Paris法则
4.3.2 Erdogan / Ratwani法则
4.3.3 Forman / Mettu方程
4.3.4 裂纹扩展方程的比较
4.3.5 确定剩余寿命
4.4 在模式Ⅱ，模式Ⅲ和混合模式载荷下的裂纹扩展
4.4.1 初始裂纹在模式II载荷下的裂纹扩展
4.4.2 初始裂纹在模式III载荷下的裂纹扩展
4.4.3 二维混合模式载荷下的裂纹扩展
4.4.4 三维混合模式载荷下的裂纹扩展
4.5 评估疲劳裂纹扩展的程序
4.5.1 疲劳裂纹扩展的断裂力学评估
4.5.2 确定疲劳裂纹扩展可能的裂纹长度
4.5.3 安全预防疲劳裂纹扩展的发生
4.5.4 疲劳裂纹扩展区域
4.5.5 确定检查间隔
4.6 疲劳强度计算和断裂力学的结合
参考文献
第5章 试验确定材料断裂力学参数
5.1 临界应力强度因子和断裂韧度
5.1.1 根据ASTM E 399标准确定断裂韧度
5.1.1.1 试样和取样
5.1.1.2 小试样尺寸
5.1.1.3 初始引发缺口和初始疲劳裂纹
5.1.2 确定断裂韧度的试验方法
5.1.3 KIC或KQ？-对测试的评估
5.2 门槛值和裂纹扩展曲线
5.2.1 根据标准ASTM E 647确定门槛值和裂纹扩展曲线
5.2.2 确定门槛值的方法
5.2.3 测量裂纹长度的方法
5.2.4 确定疲劳裂纹扩展速率
5.2.5 评估门槛值和裂纹扩展曲线试验
5.3 模式I裂纹扩展的材料参数
5.3.1 断裂韧度
5.3.1.1 断裂韧度的基本影响因素
5.3.1.2 各种材料的断裂韧度概述
5.3.1.3 选定材料的断裂韧度
5.3.2 疲劳裂纹扩展门槛值
5.3.3 疲劳裂纹扩展曲线
5.4 模式II和混合模式加载的材料参数
5.4.1 模式II加载
5.4.2 二维混合模式加载
5.4.3 三维混合模式加载
参考文献
第6章 服役载荷下的疲劳裂纹扩展
6.1 载荷谱和累积频率分布
6.1.1 确定服役载荷
6.1.2 计数方法
6.1.3 标准载荷谱
6.2 交互效应
6.2.1 过载
6.2.2 欠载
6.2.3 欠载和过载的组合
6.2.4 过载序列
6.2.5 块载
6.2.6 服役载荷
6.3 变幅载荷下的裂纹扩展概念
6.3.1 全局分析
6.3.2 线性损伤累积
6.3.3 屈服区模型
6.3.4 裂纹闭合模型
6.3.5 条带屈服模型
6.4 混合模式加载
6.4.1 加载方向变化或裂纹局部加载变化后裂纹扩展
6.4.2 混合模式过载对疲劳裂纹扩展的影响
参考文献
第7章 疲劳裂纹扩展的模拟
7.1 分析裂纹扩展模拟
7.1.1 NASGRO 和 ESACRACK
7.1.2 AFGROW
7.2 数值裂纹扩展模拟
7.2.1 有限元的基本程序
7.2.2 用于二维裂纹扩展模拟的FRANC / FAM程序系统
7.2.3 用于三维裂纹扩展模拟的程序系统ADAPCRACK3D
7.3 用有限元分析确定载荷变化的影响
参考文献
第8章 循环载荷下的裂纹萌生
8.1 描述裂纹萌生的模型
8.1.1 门槛值曲线概念
8.1.2 临界距离理论
8.1.3 疲劳裂纹阻力曲线概念
8.1.4 概念
8.2 短裂纹扩展
参考文献
第9章 实例
9.1 管道泄漏
9.1.1 管道中的应力
9.1.2 裂纹的应力强度因子
9.1.3 防止裂纹扩展失稳的安全系数
9.1.4 裂纹失稳扩展的起始裂纹长度
9.2 研究ICE轮胎的疲劳裂纹扩展
9.2.1 橡胶弹性轮的结构和载荷
9.2.2 应力数值分析
9.2.3 轮箍断裂的损伤分析
9.2.4 轮箍材料的断裂力学表征
9.2.5 疲劳裂纹扩展的数值模拟
9.2.6 试验模拟裂纹扩展
9.3 压机机架疲劳裂纹扩展的模拟
9.4 防止活塞裂纹扩展
9.5 飞机结构中的裂纹扩展研究
9.6 旋转弯曲载荷下轴表面裂纹的参数研究
9.6.1 累积频率分布的影响
9.6.2 缺口效应和压装应力的影响
9.6.3 初始裂纹深度和几何形状对剩余寿命模拟的影响
9.7 压力恢复
9.7.1 密封盖中裂纹几何建模
9.7.2 盖的应力分析
9.7.3 开裂密封盖的有限元分析结果
9.7.4 有限元结果的断裂力学评估
9.7.5 继续机器操作的后果
9.8 延长机器和设备的剩余寿命的措施
9.8.1 裂纹检测后机器或系统的继续运行
9.8.2 新设计的优化措施
参考文献
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