工程结构材料失效准则

目录 前言 第1章 预备知识 1 1.1 连续体模型与真实材料的区别 1 1.2 工程结构失效评价的一般性步骤 3 1.3 材料的变形特性和强度特性 4 1.4 结构和材料的失效形式 6 1.5 材料失效准则的一般形式 8 1.6 危险点理论 10 1.7 安全系数与许用应力 12 1.8 工程材料和理想材料 13 1.9 建立失效准则的方法论 16 1.10 结构材料的失效准则与可靠性 18 1.11 材料损伤的概念 20 思考题 25 第2章 材料失效机理与连续体失效假定 26 2.1 材料的变形机理 26 2.2 晶体材料破坏的微观机理 27 2.2.1 晶体结构 27 2.2.2 多晶材料的失效形式与机理 29 2.3 韧性材料拉伸应力应变*线的奥秘 33 2.3.1 加、卸载*线为什么会不同 34 2.3.2 何谓屈服点 35 2.3.3 塑性变形可以用局部位错结构表征吗 36 2.3.4 拉伸极限处微观结构究竟发生了什么变化 36 2.3.5 断裂应变*是常数吗 38 2.4 其他材料失效机制简介 38 2.4.1 非晶材料 38 2.4.2 复合材料 39 2.5 微观失效机理的宏观表征和失效条件 41 2.5.1 主剪应力极限假定 41 2.5.2 *大主应力极限假定 42 2.5.3 晶体材料的三种失效机理、三种强度特性 43 2.6 连续体失效假定和失效准则 43 2.6.1 等倾面剪应力极限假定 44 2.6.2 畸变能极限假定 45 2.6.3 裂纹断裂的连续体失效假定 46 2.6.4 Griffith假定 48 2.6.5 经验失效准则 49 2.7 延时失效及其损伤机理、演化律 49 2.7.1 延时断裂机理 49 2.7.2 损伤累积机理及损伤演化律 51 2.8 应力三轴度及其对材料失效形式的影响 53 2.8.1 应力三轴度与失效形式 54 2.8.2 椭圆孔的三轴度 56 2.8.3 裂尖的三轴度 59 2.9 特征长度的概念 63 思考题 68 第3章 脆性材料的失效准则和寿命 69 3.1 内摩擦的概念 69 3.2 脆性破坏机理和失效准则 70 3.3 单轴拉伸、压缩试验综述 71 3.4 莫尔-库仑经验准则 73 3.5 复杂应力状态下的破坏准则 74 3.5.1 经验准则 74 3.5.2 唯象准则 75 3.5.3 基于失效机理的一般性失效准则 77 3.6 脆性材料中裂纹的断裂准则 84 3.7 脆性材料的静态疲劳 90 3.8 脆性材料的疲劳寿命评价 93 附录 远场压剪应力时的Ⅱ型裂尖奇异性 94 思考题 95 第4章 韧性材料的失效准则 96 4.1 塑性变形的强化与弱化效应 96 4.2 韧性材料的失效形式 100 4.3 屈服准则 102 4.4 塑性失效准则 103 4.4.1 塑性屈服域失效准则 103 4.4.2 应力集中点的塑性失效条件 103 4.4.3 弹塑性静强度校核方法 105 4.4.4 塑性极限准则 105 4.5 韧性材料中的裂纹断裂准则 106 4.6 应力疲劳失效准则 109 4.6.1 交变应力的正确表征方法 110 4.6.2 疲劳寿命计算方法 111 4.6.3 疲劳准则 114 4.6.4 压缩平均应力下的疲劳 115 4.7 应变疲劳失效准则 116 4.8 高低频混合疲劳寿命评价方法 119 4.9 裂纹的疲劳扩展准则 120 4.10 结构疲劳寿命的可靠性设计方法及损伤容限 126 4.10.1 结构材料疲劳特性及初始损伤的获取 127 4.10.2 结构材料离散性的确定 127 4.10.3 规定可靠度要求下的初始损伤确定 128 4.10.4 计算规定可靠度下的疲劳寿命 129 4.11 结构危险点应力谱的循环稳定行为 131 4.12 超长寿命时的损伤演化 132 思考题 134 第5章 界面失效机理与准则 135 5.1 界面与界面相 135 5.1.1 **界面模型 136 5.1.2 黏聚力模型(弹簧模型) 136 5.1.3 完全界面模型 137 5.2 结合残余应力 141 5.3 界面静态破坏的经验和唯象失效准则 143 5.3.1 经验准则 143 5.3.2 唯象准脆性界面破坏准则 144 5.3.3 内聚力强度模型 146 5.4 基于破坏机理的界面失效准则 147 5.4.1 三种失效形式 147 5.4.2 拉剪界面 149 5.4.3 界面相有面内应力时的拉剪界面 151 5.4.4 压剪界面 154 5.4.5 界面相有面内应力时的压剪界面 155 5.5 韧性界面失效准则 157 5.6 界面奇点处的破坏准则 159 5.7 界面裂纹的破坏准则 161 5.7.1 能量释放率准则 163 5.7.2 经验破坏准则 164 5.7.3 唯象准则 164 5.7.4 基于界面相失效机理的破坏准则 166 5.8 界面疲劳准则及寿命 167 5.8.1 经验规律 167 5.8.2 基于界面相材料疲劳的失效准则 168 5.8.3 界面的静态疲劳 170 5.8.4 界面疲劳与界面裂纹疲劳扩展规律的统一 170 5.8.5 具有任意奇异性应力奇点的界面疲劳 172 思考题 174 第6章 复合材料的失效准则 175 6.1 复合材料的失效形式和机理 175 6.2 复合材料的名义应力分析方法 179 6.3 经验和唯象失效准则 186 6.3.1 各向异性均质材料的失效准则 186 6.3.2 平面应力状态下的失效准则 187 6.3.3 Tsai-Wu准则 187 6.4 纤维增强复合材料的名义、局部应力和细观应力 189 6.4.1 轴向名义应力下的局部应力、细观应力 191 6.4.2 横向名义应力下的局部应力、细观应力 193 6.4.3 增强面受剪时的局部应力、细观应力 194 6.4.4 横截面受剪时的局部应力、细观应力 194 6.5 多向增强时的胞元及细观应力分析方法 196 6.6 基于胞元局部应力的复合材料强度失效准则 197 6.6.1 界面起裂 197 6.6.2 基体屈服及起裂 198 6.6.3 纤维断裂 199 6.6.4 界面强度特性的实验测定 199 6.6.5 复合材料强度特性与界面、基体强度特性间的关系 200 6.7 复合材料的疲劳 201 6.7.1 疲劳过程概述 201 6.7.2 基于名义应力的经验评价法 203 6.7.3 单向单频疲劳试验的局限性 204 6.7.4 复合材料的静态疲劳行为 204 6.8 基于胞元细观应力的疲劳评价方法 205 思考题 208 第7章 蠕变失效准则 209 7.1 蠕变失效的形式 209 7.2 蠕变本构关系 210 7.2.1 总应变、玻璃应变和蠕变应变 210 7.2.2 玻璃应变与快速加载本构关系 211 7.2.3 金属材料蠕变本构关系 214 7.3 普适性的唯象蠕变本构关系 220 7.3.1 金属材料的长程蠕变本构关系 220 7.3.2 高分子材料的长程蠕变本构关系 228 7.3.3 多轴蠕变本构关系 230 7.4 快速失效准则 232 7.5 蠕变变形失效条件 233 7.6 蠕变断裂和持久寿命 234 7.6.1 经验蠕变断裂准则 234 7.6.2 蠕变断裂理论 235 7.6.3 多轴应力状态下的蠕变断裂理论 241 7.7 蠕变疲劳寿命 242 思考题 245 第8章 应力腐蚀及腐蚀疲劳失效准则 246 8.1 腐蚀机理 246 8.2 腐蚀损伤和机械损伤 247 8.3 腐蚀损伤演化律 248 8.4 应力腐蚀开裂 249 8.5 多轴应力腐蚀 253 8.6 裂纹的应力腐蚀扩展速率*线 254 8.7 腐蚀疲劳及其寿命 256 8.7.1 对称循环腐蚀疲劳 256 8.7.2 腐蚀疲劳的潜伏寿命 258 8.7.3 非对称腐蚀疲劳 259 8.7.4 结构的多轴多频腐蚀疲劳 261 8.8 腐蚀环境下的裂纹疲劳扩展 262 思考题 263 附录1 弹、塑性力学理论基础 265 F1.1 连续性假定 265 F1.2 弹性理论 266 F1.3 弹塑性理论 272 F1.4 应力状态分析 273 F1.5 应变状态分析 274 附录2 断裂力学基础 276 F2.1 理论模型——裂尖场 276 F2.2 裂尖的破坏机理和破坏准则 278 F2.3 非1/r奇异场 282 F2.4 材料的断裂韧性 284 F2.5 裂纹的疲劳扩展 285 附录3 连续损伤力学基础 286 F3.1 连续损伤的概念 286 F3.2 损伤演化律 290 附录 4 标准正态分布可靠度表 297 参考文献 299