Fatigue and Durability of Structural Materials pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Asm Intl

作者:Manson, S. S./ Halford, G. R.

出品人:

页数:456

译者:

出版时间:2006-1

价格:$ 267.81

装帧:HRD

isbn号码:9780871708250

丛书系列:

图书标签:

• Fatigue
• Durability
• Structural Materials
• Materials Science
• Mechanical Engineering
• Fracture Mechanics
• Engineering Materials
• Stress Analysis
• Failure Analysis
• Composite Materials

好的，这是一本关于结构材料耐久性的著作的简介，重点聚焦于材料科学、工程应用和失效分析。 --- 书名： 《结构材料的韧性与服役寿命：从微观机制到宏观性能的综合评估》 内容简介 本书深入探讨了现代工程结构所使用的关键材料——金属合金、复合材料及高分子材料——在复杂服役环境下的力学行为、损伤演化及其长期可靠性。本书旨在为材料工程师、结构设计师和进行失效分析的专业人员提供一个全面、深入的技术参考框架，聚焦于材料性能的动态变化和预测性建模。 全书内容围绕结构材料的“韧性”（Toughness）与“服役寿命”（Service Life）两大核心主题展开。韧性不仅仅是材料抵抗裂纹萌生的能力，更涵盖了其在应力集中区域吸收能量、限制裂纹扩展的综合特性。服役寿命则涉及材料在长期载荷、温度变化、腐蚀介质及疲劳循环作用下的性能衰减过程。 第一部分：材料基础与性能表征 本部分首先回顾了结构材料的关键微观结构特征，如晶界、第二相粒子、纤维取向和基体结构，这些特征直接决定了宏观力学性能。重点讨论了韧性测试方法，包括Charpy V型冲击试验、断裂韧度（$K_{IC}$）测定以及慢速拉伸试验中的应变率效应。特别强调了准静态断裂韧性与动态冲击韧性之间的差异性，并探讨了由材料内部缺陷（如孔隙、夹杂物）主导的断裂起始机制。 随后，内容转向材料的本构关系和本构模型。详细分析了线弹性断裂力学（LEFM）的适用范围和局限性，并深入介绍了弹塑性断裂力学（EPFM）的核心概念，如J积分和裂纹尖端张应力场参数（T应力）。对于具有明显塑性变形的材料，本书探讨了小尺度屈服（SSY）到大尺度屈服（LSY）的过渡，并引入了R-曲线方法来描述裂纹扩展过程中的韧化效应。 第二部分：损伤演化与失效机制 本部分是全书的理论核心，专注于描述材料在不同载荷条件下的损伤累积和结构失效的物理过程。 疲劳与循环载荷响应： 详细分析了经典S-N曲线（应力-寿命）和ε-N曲线（应变-寿命）的构建及其在工程设计中的应用。重点探讨了高周疲劳（HCF）和低周疲劳（LCF）的差异，并引入了基于能量耗散和微裂纹萌生的疲劳损伤模型，如Miner法则的修正形式和基于等效塑性应变的累积模型。对于焊接结构和螺栓连接件，本书分析了残余应力和载荷再分配对疲劳寿命的显著影响。 蠕变与高温性能： 针对服役于高温环境的材料，如航空发动机叶片和核反应堆部件，系统阐述了蠕变变形的物理机制，包括位错运动、空洞形成和扩散控制的粘性流变。介绍了Norton-Bailey模型以及更先进的基于状态变量的蠕变本构模型，用于预测材料在长时间、高应力下的长期变形和断裂风险。 环境辅助开裂（SCC）： 详细分析了应力腐蚀开裂（SCC）和氢致脆化（HE）的相互作用。对SCC的经典三大理论（吸附、阳极溶解和氢致作用）进行了批判性评估，并展示了如何利用电化学方法和慢应变速率拉伸（SSRT）试验来量化材料对特定腐蚀介质的敏感性。对于氢脆，重点讨论了氢在材料内部的扩散、富集和对晶界粘聚力的影响。 第三部分：先进材料与结构完整性管理 本部分将理论知识应用于现代工程实践，关注新型材料体系和整体结构健康管理（SHM）。 先进复合材料的失效分析： 针对纤维增强聚合物（FRP）和金属基复合材料（MMC），阐述了层间脱粘、纤维-基体界面失效以及多尺度损伤演化的特点。重点讨论了层压板的冲击损伤和在湿热环境下的性能退化，并介绍了如何通过有限元分析模拟复合材料的渐进式失效过程。 剩余寿命评估与无损评价（NDE）： 介绍了如何将材料性能衰减模型与结构载荷谱相结合，进行剩余寿命预测。详细讨论了超声波检测（UT）、声发射（AE）和相控阵超声（PAUT）在早期裂纹检测和尺寸测量中的应用。强调了如何将NDE数据反馈到寿命模型中，以实现基于状态的维护（CBM）。 结构材料的韧化策略： 探讨了通过材料设计或工艺优化来提升韧性的前沿技术。例如，在金属材料中引入纳米晶粒结构或梯度材料设计，以实现在高强度和高韧性之间的权衡。对于陶瓷基复合材料，则侧重于裂纹偏转和桥接机制在提高断裂韧性中的作用。 结论与展望： 本书总结了材料科学在预测和控制结构失效方面的现状，并指出了未来研究的关键方向，包括极端环境下的材料行为、机器学习在材料性能预测中的应用，以及如何设计具有固有安全性的自修复结构材料。本书力求提供一个严谨的理论基础和实用的工程工具，以确保关键基础设施和高技术装备的长期安全与可靠运行。 ---

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