本书共12章，第1章为绪论；第2～5章为疲劳分析基础篇，介绍材料循环特性，常幅疲劳的高周疲劳曲线和低周疲劳曲线，变幅疲劳的损伤累积理论，随机疲劳的循环计数方法及结构疲劳分析方法；第6～9章为断裂力学基础篇，介绍线弹性断裂力学和弹塑性断裂力学基本理论及疲劳裂纹扩展相关知识；第10～12章为应用和发展篇，介绍基于有限元方法的结构疲劳与断裂分析及典型工程案例，以及疲劳与断裂力学研究新进展。
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目录
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第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.1.1 疲劳的发现与研究历程 1
1.1.2 断裂力学的发展历程 4
1.2 疲劳分析简介 8
1.2.1 疲劳的定义 8
1.2.2 疲劳的特点 8
1.2.3 疲劳的分类 9
1.2.4 疲劳的研究方法和抗疲劳设计 10
1.2.5 疲劳的产生机制 12
1.3 断裂力学简介 16
1.3.1 断裂力学的特点 16
1.3.2 断裂力学的分类 17
1.3.3 断裂力学的研究方法 18
1.4 章节安排 19
参考文献 20
第2章 材料循环变形行为和常幅疲劳分析 22
2.1 循环载荷的表征 22
2.2 材料的循环应力-应变响应 23
2.2.1 单调应力-应变响应和塑性加-卸载曲线 23
2.2.2 循环应力-应变滞回环和包辛格(Bauschinger)效应 24
2.2.3 循环软化和循环硬化效应 25
2.2.4 循环应力幅值-应变幅值曲线 26
2.2.5 非对称循环下的平均应力松弛和棘轮行为 27
2.3 高周疲劳S-N曲线 29
2.3.1 高周疲劳S-N曲线的特点 29
2.3.2 高周疲劳S-N曲线的表达式 30
2.3.3 高周疲劳S-N曲线的近似估计 30
2.4 低周疲劳?-N曲线 34
2.4.1 低周疲劳?-N曲线的特点 34
2.4.2 低周疲劳?-N曲线的估计和平均应力修正 35
2.5 影响疲劳的因素 36
2.5.1 应力(应变)幅值和平均应力 36
2.5.2 载荷形式的影响 36
2.5.3 尺寸效应 36
2.5.4 表面状态 37
2.5.5 其他因素 37
习题 37
参考文献 38
第3章 损伤累积理论和变幅疲劳分析 39
3.1 线性疲劳损伤累积理论 39
3.2 变幅载荷和随机载荷 41
3.2.1 变幅载荷谱 41
3.2.2 随机载荷谱 42
3.3 循环计数法 42
3.3.1 雨流计数法 42
3.3.2 载荷的等损伤转换 44
3.4 随机载荷下的弹塑性应力-应变响应 45
3.4.1 单调加载的应力-应变响应 45
3.4.2 循环加载的应力幅值-应变幅值响应 46
3.4.3 循环加载的增量应力-应变响应 46
3.4.4 加卸载的记忆效应 47
3.4.5 随机载荷下的应力-应变历程计算 48
习题 50
参考文献 51
第4章 结构疲劳分析基础 52
4.1 缺口效应 53
4.2 名义应力法 55
4.3 局部应力-应变法 57
4.4 基于有限元计算的大型结构疲劳分析方法 61
习题 64
参考文献 64
第5章 材料疲劳试验及数据处理 65
5.1 高周疲劳试验 65
5.1.1 试验方法 65
5.1.2 高周疲劳S-N曲线的绘制 68
5.2 低周疲劳试验 68
5.2.1 试验方法 68
5.2.2 低周疲劳?-N曲线的绘制 69
5.3 疲劳数据的分散性和概率疲劳P-S-N曲线 70
5.3.1 疲劳数据的分散性 70
5.3.2 正态分布 71
5.3.3 标准正态分布 73
5.3.4 Weibull分布 74
5.3.5 判断疲劳寿命分布类型的方法 75
5.3.6 P-S-N曲线 76
习题 78
参考文献 79
第6章 线弹性断裂力学 80
6.1 断裂力学简介 80
6.1.1 断裂力学基本概念 80
6.1.2 裂纹的定义及分类 80
6.2 裂纹尖端附近的应力场和应变场 81
6.2.1 Ⅰ型裂纹 81
6.2.2 Ⅱ型裂纹 86
6.2.3 Ⅲ型裂纹 88
6.3 能量理论 89
6.3.1 Griffith理论 89
6.3.2 Orowan理论 91
6.3.3 能量释放率及其断裂判据 91
6.4 应力强度因子理论 94
6.4.1 应力强度因子的定义 94
6.4.2 常用应力强度因子的计算 95
6.4.3 应力强度因子断裂判据 99
习题 100
参考文献 101
第7章 弹塑性断裂力学 102
7.1 裂纹尖端的塑性区 102
7.1.1 裂纹尖端塑性区的大小 102
7.1.2 裂纹尖端小范围屈服时的应力强度因子修正 106
7.2 裂纹尖端张开位移 108
7.2.1 Irwin小范围屈服条件下的COD 108
7.2.2 D-B带状屈服区模型的COD 109
7.2.3 基于裂纹尖端张开位移的断裂判据 113
7.3 J积分理论 114
7.3.1 J积分的定义及守恒性 114
7.3.2 HHR应力、应变场及基于J积分的断裂判据 117
7.3.3 J积分与其他参数的关系 119
习题 121
参考文献 121
第8章 材料断裂性能测试试验 122
8.1 断裂韧性KIC试验 122
8.1.1 试验方法 122
8.1.2 试验数据处理 127
8.2 断裂韧性JIC试验 131
8.3 断裂韧性?c试验 134
8.3.1 试验方法 134
8.3.2 试验数据处理 136
习题 137
第9章 疲劳裂纹扩展分析 138
9.1 疲劳裂纹的形成及其扩展 138
9.1.1 疲劳裂纹的形成 138
9.1.2 疲劳裂纹扩展 140
9.2 疲劳裂纹扩展速率及其试验 142
9.2.1 a-N曲线 142
9.2.2 da/dN-?K曲线及Paris公式 143
9.2.3 疲劳裂纹扩展速率参数的试验确定 144
9.3 疲劳裂纹扩展寿命预测 145
9.3.1 裂纹扩展寿命计算公式 145
9.3.2 算例 147
9.4 影响疲劳裂纹扩展的一些因素 149
9.4.1 平均应力的影响 149
9.4.2 加载频率的影响 150
9.4.3 过载峰的影响 151
9.4.4 腐蚀环境的影响 153
习题 154
参考文献 155
第10章 基于有限元方法的结构疲劳与断裂分析 156
10.1 压力容器疲劳寿命预测 156
10.1.1 有限元模型 156
10.1.2 疲劳寿命预测 157
10.2 疲劳裂纹扩展预测 161
10.2.1 理论依据 161
10.2.2 材料模型 162
10.2.3 有限元模型 164
10.2.4 材料参量输入 164
10.2.5 载荷和边界条件 165
10.2.6 疲劳裂纹扩展预测 166
习题 167
参考文献 168
第11章 结构疲劳及断裂典型案例分析 169
11.1 高速铁路轮轨滚动接触疲劳分析 169
11.1.1 研究背景 169
11.1.2 有限元模型 170
11.1.3 疲劳寿命预测模型 175
11.1.4 结果与讨论 176
11.2 高速列车车轴损伤容限分析 180
11.2.1 研究背景 180
11.2.2 有限元模型 181
11.2.3 损伤容限分析方法 184
11.2.4 结果与讨论 185
习题 189
参考文献 189
第12章 疲劳与断裂力学研究新进展 191
12.1 疲劳研究新进展 191
12.1.1 蠕变-疲劳交互作用研究 191
12.1.2 棘轮-疲劳交互作用研究 194
12.1.3 超高周疲劳行为研究 198
12.1.4 多轴疲劳研究 199
12.2 断裂力学研究新进展 204
12.2.1 动态断裂力学研究 205
12.2.2 宏微观断裂力学研究 206
12.2.3 多场耦合断裂力学研究 208
参考文献 212
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