Fatigue Crack Propagation in Metals and Alloys pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Krupp, Ulrich

出品人:

页数:311

译者:

出版时间:2007-4

价格:$ 155.00

装帧:HRD

isbn号码:9783527315376

丛书系列:

图书标签:

• 疲劳断裂
• 裂纹扩展
• 金属材料
• 合金材料
• 断裂力学
• 疲劳寿命
• 应力强度因子
• 材料科学
• 结构完整性
• 失效分析

现代工程材料的断裂行为与结构完整性分析 书籍名称： 现代工程材料的断裂行为与结构完整性分析 作者： [此处可留空，或填写虚构作者名以增强真实感] 出版社： [此处可留空，或填写虚构出版社名] 出版年份： [此处可留空，或填写虚构年份] --- 内容简介 本书系统而深入地探讨了现代工程领域中，各种关键结构材料在服役环境下所表现出的断裂特性、损伤演化机制，以及如何通过先进的分析方法确保宏观结构的安全与长寿命服役。本书聚焦于宏观和介观尺度的材料响应，着重于描述材料在应力集中、疲劳损伤积累、蠕变、应力腐蚀开裂（SCC）等复杂载荷条件下的失效模式，并提供了当前工程界最前沿的结构完整性评估（Structural Integrity Assessment, SIA）框架与工具。 本书内容涵盖了从基础的断裂力学理论到复杂的数值模拟技术，旨在为材料科学家、结构工程师、以及从事无损检测（NDT）和寿命预测的专业人员提供一本全面的参考手册。 --- 第一部分：材料断裂行为的基础理论 本部分奠定了理解材料失效的理论基石，重点阐述了传统韧性/脆性断裂理论的局限性，并引入了更具普适性的能量和应力场参数。 第一章：线弹性断裂力学（LEFM）的深化 本章首先回顾了Griffith能量判据和Irwin的应力强度因子（Stress Intensity Factor, SIF）概念，详细解析了不同裂纹几何形状（如板件边缘裂纹、中心裂纹）的SIF解。随后，深入探讨了塑性区的修正，并引入了弹塑性断裂力学（EPFM）的初步概念。特别关注了裂纹尖端塑性区尺寸的计算模型及其对SIF校准的影响。此外，本章详细对比了Mode I（张开）、Mode II（剪切）和Mode III（撕开）三种基本加载模式下的能量释放率（Strain Energy Release Rate, $G$）与裂纹扩展的内在联系。 第二章：弹塑性断裂参数与小范围屈服 本章将重点转向材料发生显著塑性变形时的行为。核心内容是J积分（Rice Integral）的推导、物理意义及其在评估含裂纹结构韧性方面的核心地位。本书详细介绍了小范围屈服断裂（Small Scale Yielding, SSY）的假定条件，并阐述了基于J积分的裂纹尖端限制应变场（CTOD，Crack Tip Opening Displacement）的确定方法。对于具有厚度效应的结构，本章对比了基于裂纹尖端钝化和裂纹面张开度（CTOD）的评估方法，并讨论了$J-T$ 场概念在描述裂纹尖端应力场过渡中的作用。 第三章：韧性评估与宏观失效判据 本章关注如何通过材料试验数据来量化其抵抗断裂的能力。详细介绍了夏比冲击试验（Charpy V-notch Test）的温度依赖性，以及如何从冲击试验曲线中提取韧脆转变温度（DBTT）的概念及其工程意义。对于更精细的韧性评估，本章深入讲解了恒载荷断裂韧性（$K_{Ic}$或$J_{Ic}$）的确定流程，包括试样制备、加载速率和测量标准的严格要求。此外，还探讨了断裂功耗（Fracture Energy Dissipation）在描述材料吸收能量能力上的重要性。 --- 第二部分：结构服役中的损伤机制与演化 本部分脱离了理想的静态断裂模型，转向分析在真实工程环境中，材料如何积累损伤并最终导致灾难性失效。 第四章：疲劳损伤累积与寿命预测 本章是本书的重要组成部分，专注于材料在循环载荷下的性能退化。我们首先回顾了Basquin（应力寿命，S-N曲线）和Paris-Erdogan（应变寿命，$Deltaepsilon-N_f$）模型，并解释了它们各自的应用边界。随后，重点解析了疲劳裂纹扩展阶段（Crack Growth Stages），并详尽讨论了Paris定律的精确形式及其对应力比（Stress Ratio, $R$）和载荷谱效应（Load Spectrum Effects）的敏感性。本章还引入了Willenborg滞后效应模型和载荷计数方法（如Rainflow Counting），用于处理非恒幅复杂载荷下的疲劳寿命累积。 第五章：蠕变断裂与高温性能 针对航空航天、核能等高温应用背景，本章详细研究了蠕变（Creep）引起的材料时间依赖性损伤。内容涵盖了Norton幂律在描述稳态蠕变速率中的应用，并深入探讨了蠕变损伤模型（如连续损伤力学，CDM）如何描述微孔洞成核、聚集和连接过程。在断裂分析方面，本章介绍了时间-温度等效原理（Time-Temperature Superposition Principle, TTSP）及其在预测长期蠕变行为中的应用。此外，蠕变环境下的裂纹扩展速率，特别是$C^$参数（能量率的等效形式）在蠕变断裂中的核心作用，将被详细论述。 第六章：环境辅助断裂：应力腐蚀开裂与氢脆 本章探讨了环境因素对材料断裂行为的催化作用。应力腐蚀开裂（SCC）部分，重点分析了三要素模型（载荷、腐蚀介质、敏感材料）的相互作用机理，并基于电化学模型和吸附致脆模型来解释裂纹的扩展过程。对于氢致材料脆化（Hydrogen Embrittlement, HE），本章详细剖析了氢原子在金属内部的迁移、富集机制（如位错可动性降低、氢致解理等），并讨论了如何通过控制合金成分和表面处理来提高抗氢脆性能。 --- 第三部分：高级结构完整性评估与数字化工具 本部分将理论知识转化为实际的工程评估和设计工具，强调了先进数值方法在现代结构设计中的不可或缺性。 第七章：结构完整性评估（SIA）框架与风险分析 本章系统介绍了当前主流的SIA方法论，包括损伤容限设计（Damage Tolerance Design）的基本理念。重点阐述了API 579/ASME FFS-1等工业标准中对含缺陷结构进行评估的流程。内容包括：如何根据缺陷尺寸、材料性能和载荷条件，选择合适的评估级别（Level 1, 2, 3）；安全裕度（Margin of Safety）的计算；以及在评估过程中如何引入不确定性分析。 第八章：高级数值模拟技术：有限元分析（FEA）的应用 本章侧重于如何利用计算工具精确模拟裂纹扩展过程。详细介绍了虚拟裂纹闭合点（VCCT）方法在追踪裂纹扩展中的应用，以及XFEM（扩展有限元法）在处理裂纹路径不确定性时的优势。对于弹塑性问题，本书强调了增量式计算在模拟裂纹尖端应力应变场演化中的重要性。此外，还讨论了Cohesive Zone Model (CZM)在模拟界面粘结/断裂和材料损伤起始中的有效性。 第九章：先进无损检测（NDT）与寿命周期管理 本章将断裂分析与实际检测技术相结合，构成了完整的寿命周期管理闭环。详细介绍了超声波相控阵（Phased Array Ultrasonic Testing, PAUT）和衍射时差（Time-of-Flight Diffraction, TOFD）等先进NDT技术如何用于精确测量和定位结构中的现有缺陷，并将其数据输入到前述的SIA模型中。最后，探讨了基于可靠性理论的剩余寿命预测模型，以及如何通过定期检测和维护计划，实现资产的最大化安全服役。 --- 本书特点： 深度与广度兼具： 理论推导严谨，同时覆盖了高温、环境、疲劳等多种复杂工况。 强调应用： 每一个理论概念都紧密结合工程标准和实际案例分析。 面向未来： 深入探讨了如XFEM、CZM等前沿数值模拟技术。 本书是高等院校材料、力学、航空航天、机械工程等专业高年级本科生、研究生，以及从事工业结构设计、寿命评估和可靠性工程的专业人士的必备参考书。

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