高等断裂力学与结构完整性

　　本书系统地介绍了非线性断裂力学的概念、理论、方法，以及断裂力学测试和工程应用等。其中，重点介绍了非线性断裂力学理论、拘束、测试方法、断裂微观机理，以及疲劳、蠕变、蠕变-疲劳等载荷条件下裂纹扩展的分析方法；同时，详细介绍了非线性断裂力学在工程结构中的应用。本书可作为高等院校相关专业研究生教材，也可作为本科生选修课教材，可供航空、航天、建筑、化工、机械和交通等工程领域的研究人员和技术人员参考。

　　阿肖克·萨克塞纳是美国阿肯色大学机械工程系的杰出教授，历任教务长兼负责学术事务的副校长（2015-2016年）、工程系主任兼Raymond和Irma Giffels讲席教授（2003-2012年）、生物医学工程系主任兼Billingsley 讲席教授（2014-2015年）。Saxena博士曾在亚特兰大的佐治亚理工学院担任黄事教授和材料科学与工程学院院长（1985-2003年）。在此之前，他是匹兹堡西屋电气公司研究开发中心的研究员。他在2012-2014年还担任印度Galgotias大学副校长。Saxena 博士于1970年获得印度理工学院机械工程学士学位，并且分别于1972年和1974年获得辛辛那提大学材料科学与冶金工程硕士和博士学位。Saxena博士的研究领域是材料的力学行为，聚焦于线性/非线性断裂力学以及高温蠕变和蠕变―疲劳条件下的材料高温断裂问题。他已发表250余篇学术论文和先后撰写/合编（著）/编辑了9本书。他是断裂研究领域中众多奖项和表彰的获得者，其中包括美国材料与试验学会（ASTM）的George Irwin奖章（1992年，以表彰他对蠕变断裂力学的开创性贡献）、ASTM的成就奖和会士（1994年）、ASM的国际会士（1996年）、国际断裂大会会士（2009年）、印度结构完整性学会会士（2018年），以及佐治亚理工学院杰出研究者奖（1993年）；他也是欧洲结构完整性协会（ESIS）Wohler疲劳奖（2010年）和ASTM断裂力学奖（2010年）的获得者、欧洲科学院的当选院士（2016年）。2017年他获得国际断裂大会Paul C.Paris金奖。他率先为ASTM制定多项材料试验标准，例如，疲劳裂纹扩展（E647）、蠕变裂纹扩展（E1457）、蠕变-疲劳裂纹扩展（E2760）和蠕变-疲劳裂纹萌生（E2714），在世界各地被广泛用于评价结构材料的抗裂纹扩展能力。2015-2018年间，他担任印度结构完整性协会的主席。

第1章 线弹断裂力学介绍与综述
1.1 为什么要用非线断裂力学
1.1.1 再热蒸汽管道失效
1.1.2 汽轮机转子失效
1.1.3 过热器出口蒸汽联箱上的裂纹
1.1.4 船用汽轮机发电机机匣上的裂纹
1.2 线弹断裂力学综述
1.2.1 基本概念
1.3 裂纹的塑区
1.3.1 Irwin塑区尺的计算.
1.3.2 K与裂纹张开位移的关系
1.3.3 塑区形状
1.3.4 带状屈服区模型
1.4 柔度关系?
1.5 断裂韧与部件断裂的预测
1.5 .面应变条件下的断裂（厚截面）
1.5.2 薄板和壳的断裂
1.6 亚临界裂纹扩展
1.6.1 疲劳裂纹扩展
1.6.2 环境致裂
1.6.3 腐蚀疲劳裂纹扩展
1.7 线弹断裂力学的局限
1.8 小结
1.9 参考文献
1.10 习题
第2章 弹塑条件下的裂纹分析
2.1 前言
2.2 Rice的J积分
2.2.1 J积分的路径无关
2.2.2 J与势能之间的关系
2.3 刀积分、裂纹应力场、裂纹张开位移
2.3.1 J与裂纹应力场之间的关系
2.4 J积分作为断裂参量的局限
2.4.1 J和J-Aa曲线
2.4.2 形状和变形对」的影响
2.4.3 J下裂纹增长的Hutchinson-Paris 前提
2.5 小结
2.6 参考文献
2.7 习题
第3章 J积分的计算方法
3.1 解析解
3.2 试件J值的确定
3.2.1 确定J值的半经验法
3.2.2 深单边裂纹弯曲试件（SEC（B））的J值
3.2.3 紧凑拉伸试件Merkle -Corten分析
3.2.4 中心裂纹拉伸试件的I值
3.3 扩展裂纹的J值
3.4 含裂纹部件J积分值的计算
3.4.1 弹塑计算程序
3.4.2 无限大板中裂纹的]解
3.5 小结
3.6 参考文献
3.7 习题
第4章 裂纹扩展阻力曲线和断裂韧的测量
4.1 弹塑载荷下的断裂参量
4.2 测定稳态裂纹扩展和断裂韧的试验方法
4.2.1 试验方法综述
4.2.2 试件的形状和制备
4.2.3 加载设备和位移引伸计
4.2.4 裂纹长度的测量
4.2.5 试件的终载荷和试验后测量
4.2.6 数据分析和有效
4.3 小结
4.4 参考文献
4.5 习题
第5章 弹塑性载荷下拘束对断裂和裂纹稳定扩展的影响
5.1 弹性T应力
5.2 J-Q方法
5.3 T-Q关系
5.4 试件几何形状对J曲线的影响
5.5 关于预测结构失稳的讨论
5.6 小结
5.7 参考文献
5.8 习题
第6章 断裂的微观形貌
6.1 解理断裂
6.1.1 解理断裂的微观形貌
6.1.2 解理断裂的Ritchie、Knott和Rice模型
6.1.3 一种可描述解理断裂韧性分散性的模型
6.2 韧性断裂
6.2.1 韧性断裂的微观形貌
6.2.2 可预测J曲线的模型
6.3 韧性/脆性转变
6.4 小结
6.5 参考文献
6.6 习题
第7章 大范围屈服下的疲劳裂纹扩展
7.1 裂纹尖端的循环塑性、损伤和裂纹闭合
7.1.1 裂纹尖端的循环塑性
7.1.2 裂纹尖端的损伤
7.1.3 裂纹闭合
7.2 AJ积分
7.2.1 AJ与裂纹尖端应力场的关系
7.2.2 确定AJ的方法
7.2.3 AJ的局限性
7.3 大范围塑性条件下疲劳裂纹扩展速率的试验表征方法
7.4 疲劳小裂纹的扩展行为
7.4.1 利用LEFM表征小尺寸疲劳裂纹扩展行为的局限性
7.4.2 用于预测疲劳小裂纹扩展的模型
7.5 小结
7.6 参考文献
7.7 习题
第8章 蠕变裂纹分析
8.1 蠕变载荷下的裂纹体
8.2 C*积分
8.2.1 C*能量率的定义
8.2.2 C积分与裂纹尖端应力场的关系
8.2.3 C*积分的确定方法
8.2.4 蠕变裂纹扩展速率与C*的关系
8.3 SSC和TC条件下的裂纹分析
8.3.1 SSC条件下的裂纹尖端应力场
8.3.2 蠕变区尺寸的计算
8.3.3 过渡时间tr
8.3.4 TC区的C（t）积分和应力场
8.3.5 C参量
8.4 初始蠕变阶段的裂纹分析
8.4.1 含初始蠕变的蠕变本构方程
8.4.2 大范围初始蠕变条件下的裂纹尖端参量
8.4.3 小范围初始蠕变
8.4.4 初始蠕变和稳态蠕变
8.4.5 从小范围初始蠕变到大范围初始蠕变的过渡
8.4.6 弹性蠕变、初始蠕变与稳态蠕变组合
8.5 裂纹扩展对裂纹尖端应力场的影响
8.5.1 大范围稳态蠕变对裂纹扩展的影响
8.5.2 SSC下的裂纹扩展
8.6 蠕变脆性材料的裂纹扩展
8.6.1 SSC条件下的稳态蠕变裂纹扩展
8.6.2 SSC条件下的瞬态裂纹扩展
8.7 小结
8.8 参考文献
8.9 习题
第9章 蠕变-疲劳裂纹扩展
9.1 早期的蠕变-疲劳裂纹扩展行为表征方法
9.1.1 线弹性断裂力学方法
9.1.2 线弹性断裂力学方法的局限性
9.2 蠕变-疲劳载荷下裂纹的应力分析
9.2.1 蠕变-疲劳载荷下的裂纹尖端应力
9.3 蠕变-疲劳中的裂纹尖端参量
9.4 （C1）avg的确定方法
9.4.1 试件中（Ct）a的确定方法
9.4.2 确定（Ct）avg的理论方法
9.5