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第1章 结构与材料的疲劳——引言1

1.1关于本书的内容4

1.2关于本书的使用5

1.3关于本书所附的光盘6

参考文献7

第1部分 恒幅载荷下的疲劳11

第2章 材料中的疲劳现象11

2.1引言11

2.2疲劳寿命的不同阶段11

2.3裂纹起始12

2.4裂纹扩展14

2.5关于疲劳机制的更详细论述16

2.5.1材料的晶体学本质18

2.5.2夹杂处的裂纹起始19

2.5.3小裂纹、裂纹扩展阻滞、裂纹扩展门槛22

2.5.4裂纹核的数量24

2.5.5表面影响27

2.5.6宏观裂纹扩展与疲劳条纹30

2.5.7环境影响33

2.5.8循环拉伸和循环扭转36

2.6疲劳断裂的特征37

2.6.1微观特征38

2.6.2宏观特征39

2.7本章要点43

参考文献43

第3章 缺口处的应力集中47

3.1引言47

3.2应力集中系数Kt的定义48

3.3应力集中的解析计算49

3.3.1应力梯度51

3.3.2沿缺口边缘的应力梯度53

3.4缺口几何形状对Kt的影响54

3.5应力集中的另外一些方面61

3.5.1纯剪切61

3.5.2双轴载荷61

3.5.3开孔的增强措施63

3.6缺口的叠加63

3.7确定应力集中的方法65

3.8本章要点68

参考文献68

第4章 残余应力71

4.1引言71

4.2残余应力的不同来源72

4.2.1不均匀的塑性变形73

4.2.2加工工艺74

4.2.3喷丸强化75

4.2.4塑性胀孔76

4.2.5热处理76

4.2.6装配应力77

4.3残余应力的测量或计算78

4.4高载荷后缺口处残余应力的估算78

4.5如何去除残余应力81

4.6本章要点82

参考文献82

第5章 裂纹应力强度因子84

5.1引言84

5.2各种类型的裂纹85

5.3应力强度因子的定义86

5.4应力强度因子实例88

5.4.1无限多条共线裂纹89

5.4.2中心裂纹拉伸试样90

5.4.3边缘裂纹91

5.4.4孔边裂纹92

5.4.5裂纹边缘受载94

5.4.6紧凑拉伸试样96

5.5通过叠加得到应力强度因子K97

5.6前缘为曲线的裂纹99

5.7裂纹张开与应力状态101

5.8裂纹尖端塑性104

5.9若干能量考虑106

5.10应力强度因子的确定107

5.11相似性概念和应力强度因子K的应用108

5.12本章要点109

参考文献110

第6章 疲劳性能113

6.1引言113

6.2光滑试样疲劳性能描述114

6.2.1 S-N曲线115

6.2.2疲劳图117

6.3光滑试样疲劳强度的若干总体方面119

6.3.1疲劳极限Sf和抗拉强度Su的关系119

6.3.2平均应力影响121

6.3.3光滑试样的尺寸效应122

6.3.4载荷类型，拉伸、弯曲、扭转125

6.3.5复合加载127

6.4低周疲劳129

6.5本章要点133

参考文献134

第7章 缺口试样的疲劳强度137

7.1引言137

7.2缺口试样的疲劳极限，Sm =0138

7.2.1相似性原理与缺口敏感性138

7.2.2缺口试样疲劳极限的尺寸效应139

7.3缺口试样的疲劳极限，Sm 〉0145

7.4循环扭转下的缺口效应150

7.5复合加载情况下疲劳极限的缺口效应152

7.6表面光洁度的重要性153

7.7关于疲劳极限预测的讨论156

7.7.1连杆，Sm=0156

7.7.2起重杆构件，Smin =0， R=0157

7.7.3带肩部圆角的轴的旋转弯曲158

7.7.4对疲劳极限预测的若干一般性评论160

7.8缺口试样的S-N曲线160

7.9本章要点164

参考文献165

第8章 疲劳裂纹扩展——分析与预测166

8.1引言166

8.2疲劳裂纹扩展性能描述167

8.2.1试验结果167

8.2.2应力强度因子与相似性概念168

8.2.3恒ΔK试验172

8.3疲劳裂纹扩展区172

8.3.1门槛值区172

8.3.2 Paris区176

8.3.3稳态撕裂扩展区177

8.4裂纹闭合178

8.4.1塑性诱发的裂纹闭合和ΔKeff178

8.4.2平面应变/平面应力182

8.4.3厚度对疲劳裂纹扩展的影响184

8.4.4其他的裂纹闭合机理184

8.5不同材料的裂纹扩展数据185

8.6疲劳裂纹扩展预测190

8.6.1若干基本方面190

8.6.2穿透裂纹的裂纹扩展预测193

8.6.3部分穿透裂纹扩展的预测196

8.6.4最后的评论199

8.7本章要点200

参考文献201

第2部分 载荷谱与变幅载荷下的疲劳209

第9章 载荷谱209

9.1引言209

9.2加载于服役结构中的不同载荷类型210

9.3载荷历程的描述214

9.3.1穿级计数法214

9.3.2扁平和陡峭的载荷谱217

9.3.3变程计数法218

9.3.4雨流计数法219

9.3.5关于计数法更多的评论221

9.3.6随机高斯过程223

9.4载荷谱的确定225

9.4.1定性的方法225

9.4.2定量的方法227

9.5服役-模拟疲劳试验与载荷谱230

9.6本章要点233

参考文献234

第10章 变幅载荷下的疲劳237

10.1引言237

10.2 Miner准则238

10.2.1低于疲劳极限应力幅值的载荷循环的影响239

10.2.2缺口根部塑性的影响240

10.2.3断裂时的裂纹长度242

10.2.4 Miner准则的基本错误是什么242

10.3变幅载荷的疲劳试验结果244

10.4变幅载荷的其他疲劳寿命预测方法249

10.4.1损伤计算和S-N曲线向疲劳极限以下外延249

10.4.2相对Miner准则253

10.4.3应变历程预测模型253

10.4.4基于服役-模拟疲劳试验的预测255

10.5关于变幅载荷疲劳寿命的讨论258

10.5.1特定零件的寿命估计与Miner准则259

10.5.2关于设计应力水平影响的考虑260

10.5.3设计改进的不同选择之间的比较260

10.5.4不同载荷谱的比较260

10.6本章要点261

参考文献262

第11章 变幅载荷下的疲劳裂纹扩展264

11.1引言264

11.2简单变幅应力历程下的裂纹扩展265

11.2.1非交互作用行为265

11.2.2过载循环的影响266

11.2.3裂纹与缺口的区别268

11.2.4材料厚度的影响268

11.2.5材料屈服应力的影响269

11.2.6过载循环块270

11.2.7延迟的迟滞270

11.2.8裂纹扩展迟滞的原因：裂纹闭合或裂纹尖端塑性区内的残余应力272

11.2.9材料表面的裂纹闭合更多273

11.2.10变幅载荷下取向不匹配的裂纹前缘274

11.3复杂变幅应力历程下的裂纹扩展275

11.3.1载荷顺序效应275

11.3.2厚度的影响278

11.3.3缺口边初期快速裂纹扩展278

11.3.4载荷截取的影响279

11.4变幅载荷下的疲劳裂纹扩展预测模型281

11.4.1非交互作用模型281

11.4.2变幅载荷下疲劳裂纹扩展预测的交互作用模型282

11.5对变幅载荷下疲劳裂纹扩展预测方法的评价289

11.5.1工程方面289

11.5.2关于预测模型的有效性289

11.6本章要点291

参考文献292

第3部分 疲劳试验与分散性301

第12章 疲劳与分散性301

12.1引言301

12.2分散性的来源301

12.3分散性的描述302

12.3.1疲劳寿命的统计分布303

12.3.2两个案例306

12.3.3疲劳强度和疲劳极限的统计分布307

12.4分散性的一些实际方面310

12.4.1疲劳极限与安全系数310

12.4.2分散性与变幅加载311

12.4.3疲劳裂纹扩展的分散性312

12.4.4同种类型的不同结构的分散性313

12.4.5服役中有征兆的或偶然的疲劳破坏314

12.4.6分散性取决于结构如何使用314

12.5本章要点315

参考文献316

第13章 疲劳试验318

13.1引言318

13.2疲劳试验计划的目的318

13.3试样319

13.3.1光滑试样320

13.3.2缺口试样321

13.3.3结构321

13.4疲劳试验步骤323

13.4.1试样制备323

13.4.2试样安装323

13.4.3试验计划的试验步骤324

13.4.4服役模拟疲劳试验324

13.5疲劳试验结果的报告326

13.6裂纹扩展测量的相关方面327

13.6.1裂纹长度测量327

13.6.2断口表面分析329

13.6.3裂纹闭合测量331

13.7本章要点333

参考文献333

第4部分 特殊疲劳条件339

第14章 表面处理339

14.1引言339

14.2表面处理的几个方面339

14.2.1材料表层疲劳抗力340

14.2.2表面粗糙度344

14.2.3残余应力345

14.3表面处理的若干实际方面348

14.4本章要点348

参考文献349

第15章 微动腐蚀351

15.1引言351

15.2微动腐蚀机理351

15.3微动腐蚀的影响因素353

15.3.1夹紧力的影响354

15.3.2摩擦运动幅值的影响355

15.3.3不同材料的微动腐蚀356

15.3.4材料表面粗糙度的影响357

15.3.5环境对微动腐蚀的影响357

15.3.6平均应力的影响357

15.3.7变幅载荷下的微动腐蚀358

15.4避免微动腐蚀问题的方法358

15.4.1防止金属接触360

15.4.2微动损伤的减轻362

15.5本章要点363

参考文献364

第16章 腐蚀疲劳366

16.1引言366

16.2腐蚀疲劳的一些方面367

16.2.1气态环境中的腐蚀疲劳369

16.2.2液态环境中的腐蚀疲劳371

16.3腐蚀疲劳的实际方面377

16.4一个案例378

16.5本章要点379

参考文献380

第17章 高温和低温疲劳383

17.1引言383

17.2高温疲劳的两个例子384

17.2.1涡轮叶片384

17.2.2超声速运输机：“协和”号飞机385

17.3高温下的疲劳性能386

17.4低温下的疲劳389

17.5一些一般性评论392

参考文献393

第5部分 连接接头与结构的疲劳397

第18章 连接接头的疲劳397

18.1引言397

18.2耳片的疲劳398

18.3数排螺栓或铆钉的对称对接接头403

18.4受拉螺栓405

18.5带偏心的铆接和螺接接头409

18.5.1铆钉挤压力的影响414

18.5.2铆接搭接接头的疲劳寿命预测417

18.6胶接接头417

18.7连接接头疲劳性能预测的一般讨论419

18.8本章要点420

参考文献421

第19章 焊接接头的疲劳424

19.1引言424

19.2一些常规方面424

19.3焊缝的几何因素426

19.4恒幅载荷下的疲劳寿命考虑431

19.5变幅载荷下焊接接头的疲劳寿命436

19.6两个特例437

19.6.1压力容器437

19.6.2管状海上结构438

19.7点焊接头439

19.8本章要点439

参考文献440

第20章 结构的抗疲劳设计443

20.1引言443

20.2各类结构的疲劳问题443

20.3抗疲劳设计445

20.3.1裂纹起始方面445

20.3.2材料选择446

20 3.3表面处理446

20.3.4通过细节设计改进应力分布447

20.3.5大尺度设计问题447

20.4不确定性、分散性和安全系数447

20.4.1不确定性447

20.4.2分散性和安全系数448

20.5若干案例453

20.5.1改进的台阶圆角453

20.5.2不对称孔边加强件引起的附加弯曲455

20.5.3用设计不合理的修补板修理的含裂纹机翼壁板455

20.5.4青马大桥的在线结构健康监测458

20.6总结性结论460

参考文献461

第6部分 纤维—金属层板的疲劳抗力465

第21章 纤维—金属层板的疲劳抗力465

21.1引言465

21.2不含纤维的层板材料466

21.3纤维—金属层板Arall和Glare469

21.3.1纤维—金属层板概念470

21.3.2作为薄板的纤维—金属层板471

21.3.3 Glare的裂纹扩展472

21.3.4 Glare元件的疲劳性能475

21.4关于Glare的进一步讨论477

21.4.1 Glare的一些典型性能478

21.4.2 Glare结构的设计和制造479

21.5结束语480

参考文献481

附录485

引言485

Ⅰ习题和各章小结487

Ⅰ.1习题487

Ⅰ.2答案503

Ⅰ.3各章小结521

Ⅰ.4绘图纸532

Ⅱ案例535

Ⅱ.1引言535

Ⅱ.2重型摩托车前轮所有辐条的疲劳断裂536

Ⅱ.3片弹簧失效537

Ⅱ.4起落架案例538

Ⅱ.5小型直升机桨叶断裂538

Ⅱ.6膨胀联轴器失效540

Ⅱ.7灯柱案例541

Ⅱ.8“彗星”号案例543

Ⅱ.9耳片连接545

Ⅲ若干专题546

Ⅲ.1抗疲劳设计546

Ⅲ.2疲劳试验——为什么和怎样做553

Ⅳ关于未来疲劳问题的研究557

Ⅳ.1引言557

Ⅳ.2疲劳裂纹扩展机理559

Ⅳ.3断口研究的重要性560

Ⅳ.4变幅载荷下的疲劳裂纹扩展预测562

Ⅳ.5断裂力学预测和勾线载荷563

Ⅳ.6服役中的载荷测量565

Ⅳ.7研究项目565

Ⅳ.8后记567