疲勞裂紋擴展：檢測—評估—預防

第1章  根據強度標準設計構件和結構 
1.1  構件和結構的負荷 
1.2  構件和結構中的應力和應力狀態(tài) 
1.2.1  平面應力狀態(tài) 
1.2.2  空間應力狀態(tài) 
1.2.3  主應力 
1.2.4  平面應力狀態(tài)或平面應變狀態(tài) 
1.3  靜態(tài)強度的校核 
1.3.1  等效應力 
1.3.2  許用應力 
1.3.3  強度校核-操作步驟 
1.3.4  考慮缺口效應 
1.3.5  應力集中系數 
1.3.6  材料參數和安全系數 
1.4  疲勞強度的校核 
1.4.1  有效應力和許用應力 
1.4.2  材料參數 
1.4.3  表面和尺寸系數 
1.4.4  缺口構件的疲勞強度校核 
1.5  結構耐久性校核 
1.6  其它校核 
1.7  經典構件設計的限制 
參考文獻 
第2章  裂紋擴展引起的損傷 
2.1  裂紋萌生和裂紋擴展 
2.2  穩(wěn)定和不穩(wěn)定的裂紋擴展 
2.3  損傷分析/斷裂表面分析 
2.4  ICE車輪輪胎的疲勞裂紋擴展 
2.5  壓力機架的裂紋擴展 
2.6  內部高壓金屬成型機緊固件的疲勞裂紋擴展 
2.7  老式汽車驅動軸的斷裂 
2.8  其他損傷事件 
2.9  構件和結構中的基本裂紋路徑和裂紋形狀 
2.9.1  基本應力狀態(tài)的裂紋路徑 
2.9.2  軸上的裂紋路徑和裂紋形狀 
2.9.3  構件和結構中系統化的裂紋類型 
2.10  使用無損檢測方法探測裂紋 
參考文獻 
第3章  斷裂力學基礎 
3.1  裂紋和裂紋模式 
3.1.1  模式I 
3.1.2  模式II 
3.1.3  模式III 
3.1.4  混合模式 
3.2  裂紋處的應力分布 
3.2.1  用彈性理論解決裂紋問題 
3.2.2  平面裂紋問題的應力分布 
3.3  裂紋附近的位移場 
3.4  應力強度因子 
3.4.1  裂紋模式I，II和III的應力強度因子 
3.4.2  基本裂紋問題的應力強度因子 
3.4.3  應力強度因子的疊加，等效應力強度因子 
3.4.3.1  應力強度因子的疊加 
3.4.3.2  平面混合模式載荷下的等效應力強度因子 
3.4.3.3  空間混合模態(tài)加載的等效應力強度因子 
3.5  裂尖局部的塑性 
3.5.1  估算塑性區(qū)域 
3.5.2  裂紋長度修正 
3.5.3  塑性區(qū)在疲勞裂紋擴展中的意義 
3.6  能量釋放率和J-積分 
3.6.1  能量釋放率 
3.6.2  J-積分 
3.7  確定應力強度因子和其它斷裂力學量 
3.7.1  根據裂紋附近的應力場確定應力強度因子 
3.7.2  根據裂紋附近的位移場確定應力強度因子 
3.7.3  用J-積分確定斷裂力學量 
3.7.4  用裂紋閉合積分確定斷裂力學量 
3.8  預測不穩(wěn)定裂紋擴展的概念 
3.8.1  模式I的K概念 
3.8.2  模式II，模式III和混合模式載荷的K概念 
3.8.3  能量釋放率準則 
3.8.4  J-準則 
3.9  斷裂韌性 
3.10 使用斷裂力學方法評估帶裂紋的構件 
3.10.1  斷裂-力學校核操作步驟 
3.10.2  對模式I裂紋問題應用斷裂準則和斷裂力學分析 
3.10.3  將斷裂準則和斷裂力學分析應用于模式II，模式III和混合模式問題 
3.11  結合強度計算和斷裂力學 
參考文獻 
第4章  恒幅循環(huán)載荷下的疲勞裂紋擴展 
4.1  構件載荷與循環(huán)應力強度的關系 
4.1.1  I型加載模式下的時變應力場 
4.1.2  模式I的循環(huán)應力強度因子 
4.1.3  R比率 
4.1.4  裂紋擴展過程 
4.1.5  II型加載模式、III型加載模式和混合加載模式下的時變應力場 
4.1.6  模式II的循環(huán)應力強度因子 
4.1.7  模式Ⅲ的循環(huán)應力強度因子 
4.1.8  二維混合模式下加載 
4.1.9  三維混合模式加載 
4.2  裂紋擴展速率與循環(huán)應力強度因子的關系 
4.2.1  模式I的疲勞裂紋擴展極限 
4.2.2  影響裂紋擴展曲線的因素 
4.2.3  疲勞裂紋擴展過程中的裂紋閉合行為 
4.2.4  門檻值和門檻值行為 
4.2.4.1  基于裂紋閉合的門檻值行為 
4.3  模式I的裂紋擴展概念 
4.3.1  Paris法則 
4.3.2  Erdogan / Ratwani法則 
4.3.3  Forman / Mettu方程 
4.3.4  裂紋擴展方程的比較 
4.3.5  確定剩余壽命 
4.4  在模式Ⅱ，模式Ⅲ和混合模式載荷下的裂紋擴展 
4.4.1  初始裂紋在模式II載荷下的裂紋擴展 
4.4.2  初始裂紋在模式III載荷下的裂紋擴展 
4.4.3  二維混合模式載荷下的裂紋擴展 
4.4.4  三維混合模式載荷下的裂紋擴展 
4.5  評估疲勞裂紋擴展的程序 
4.5.1  疲勞裂紋擴展的斷裂力學評估 
4.5.2  確定疲勞裂紋擴展可能的裂紋長度 
4.5.3  安全預防疲勞裂紋擴展的發(fā)生 
4.5.4  疲勞裂紋擴展區(qū)域 
4.5.5  確定檢查間隔 
4.6  疲勞強度計算和斷裂力學的結合 
參考文獻 
第5章  試驗確定材料斷裂力學參數 
5.1  臨界應力強度因子和斷裂韌度 
5.1.1  根據ASTM E 399標準確定斷裂韌度 
5.1.1.1  試樣和取樣 
5.1.1.2  小試樣尺寸 
5.1.1.3  初始引發(fā)缺口和初始疲勞裂紋 
5.1.2  確定斷裂韌度的試驗方法 
5.1.3  KIC或KQ？-對測試的評估 
5.2  門檻值和裂紋擴展曲線 
5.2.1  根據標準ASTM E 647確定門檻值和裂紋擴展曲線 
5.2.2  確定門檻值的方法 
5.2.3  測量裂紋長度的方法 
5.2.4  確定疲勞裂紋擴展速率 
5.2.5  評估門檻值和裂紋擴展曲線試驗 
5.3  模式I裂紋擴展的材料參數 
5.3.1  斷裂韌度 
5.3.1.1  斷裂韌度的基本影響因素 
5.3.1.2  各種材料的斷裂韌度概述 
5.3.1.3  選定材料的斷裂韌度 
5.3.2  疲勞裂紋擴展門檻值 
5.3.3  疲勞裂紋擴展曲線 
5.4  模式II和混合模式加載的材料參數 
5.4.1  模式II加載 
5.4.2  二維混合模式加載 
5.4.3  三維混合模式加載 
參考文獻 
第6章  服役載荷下的疲勞裂紋擴展 
6.1  載荷譜和累積頻率分布
6.1.1  確定服役載荷 
6.1.2  計數方法 
6.1.3  標準載荷譜 
6.2  交互效應 
6.2.1  過載 
6.2.2  欠載 
6.2.3  欠載和過載的組合 
6.2.4  過載序列 
6.2.5  塊載 
6.2.6  服役載荷 
6.3  變幅載荷下的裂紋擴展概念 
6.3.1  全局分析 
6.3.2  線性損傷累積 
6.3.3  屈服區(qū)模型 
6.3.4  裂紋閉合模型 
6.3.5  條帶屈服模型 
6.4  混合模式加載 
6.4.1  加載方向變化或裂紋局部加載變化后裂紋擴展 
6.4.2  混合模式過載對疲勞裂紋擴展的影響 
參考文獻 
第7章  疲勞裂紋擴展的模擬 
7.1  分析裂紋擴展模擬 
7.1.1  NASGRO 和 ESACRACK 
7.1.2  AFGROW 
7.2  數值裂紋擴展模擬 
7.2.1  有限元的基本程序 
7.2.2  用于二維裂紋擴展模擬的FRANC / FAM程序系統 
7.2.3  用于三維裂紋擴展模擬的程序系統ADAPCRACK3D 
7.3  用有限元分析確定載荷變化的影響 
參考文獻 
第8章  循環(huán)載荷下的裂紋萌生 
8.1  描述裂紋萌生的模型 
8.1.1  門檻值曲線概念 
8.1.2  臨界距離理論 
8.1.3  疲勞裂紋阻力曲線概念 
8.1.4   概念 
8.2  短裂紋擴展 
參考文獻 
第9章  實例 
9.1  管道泄漏 
9.1.1  管道中的應力 
9.1.2  裂紋的應力強度因子 
9.1.3  防止裂紋擴展失穩(wěn)的安全系數 
9.1.4  裂紋失穩(wěn)擴展的起始裂紋長度 
9.2  研究ICE輪胎的疲勞裂紋擴展 
9.2.1  橡膠彈性輪的結構和載荷 
9.2.2  應力數值分析 
9.2.3  輪箍斷裂的損傷分析 
9.2.4  輪箍材料的斷裂力學表征 
9.2.5  疲勞裂紋擴展的數值模擬 
9.2.6  試驗模擬裂紋擴展 
9.3  壓機機架疲勞裂紋擴展的模擬 
9.4  防止活塞裂紋擴展 
9.5  飛機結構中的裂紋擴展研究 
9.6  旋轉彎曲載荷下軸表面裂紋的參數研究 
9.6.1  累積頻率分布的影響 
9.6.2  缺口效應和壓裝應力的影響 
9.6.3  初始裂紋深度和幾何形狀對剩余壽命模擬的影響 
9.7  壓力恢復 
9.7.1  密封蓋中裂紋幾何建模 
9.7.2  蓋的應力分析 
9.7.3  開裂密封蓋的有限元分析結果 
9.7.4  有限元結果的斷裂力學評估 
9.7.5  繼續(xù)機器操作的后果 
9.8  延長機器和設備的剩余壽命的措施 
9.8.1  裂紋檢測后機器或系統的繼續(xù)運行 
9.8.2  新設計的優(yōu)化措施 
參考文獻