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本书介绍一种全新的疲劳理论体系。传统的疲劳理论一般只是一些试验经验的总结，或是与试验数据库的类比。当实际应力状态与试验条件差别较大时，寿命估算往往无法进行。新理论体系则提供了一个完整的疲劳力学理论框架。在少量的材料疲劳特性确定之后，可对任意应力状态的疲劳准则、寿命进行统一的评价。疲劳的种类很多，机理各不相同。新理论体系依据各种疲劳损伤演化的支配性机理及其耦合演化关系，建立相应的损伤演化律，从而导出具有一定理论依据的寿命评价公式。新理论不仅可以统一单轴疲劳的寿命评价方法，明确材料的疲劳特性常数等，而且还可以导出疲劳等效应力等新概念，非常方便地处理多种疲劳载荷混合作用的问题。书中详细介绍金属材料的普通疲劳、应变疲劳、静态疲劳、腐蚀疲劳以及蠕变疲劳中的寿命评价公式的导出过程及其应用，也简单介绍新理论在具有应力集中或奇异点的疲劳以及界面疲劳中的应用。

目录

前言

第1章 绪论 1

1.1 疲劳的概念和历史 1

1.2 疲劳研究现状及问题点 7

1.3 静力覆盖方法 11

1.4 常用的提高材料疲劳性能的方法 12

1.4.1 增长初始疲劳裂纹萌生寿命的方法 13

1.4.2 增长疲劳裂纹扩展寿命的方法 14

1.4.3 过载屈服 14

1.4.4 减小交变应力中的平均应力水平 15

1.5 几个工程实际中常见的疲劳问题 15

1.6 疲劳力学理论的基本观点及假设 15

1.7 本书的构成 16

思考题 17

第2章 疲劳的基本概念和基础知识 18

2.1 失效、破坏与疲劳 18

2.2 疲劳的分类 21

2.3 疲劳过程中的微观组织结构及性能的变化 23

2.4 交变载荷 24

2.4.1 基态交变载荷 25

2.4.2 混合态交变载荷 25

2.5 机械疲劳的基本力学参数 27

2.5.1 应力疲劳的基本参数 27

2.5.2 应变疲劳的力学参数 30

2.5.3 静态疲劳的力学参数 31

2.6 环境疲劳的环境参数 32

2.7 处理疲劳问题的力学方法 32

2.7.1 材料力学方法 33

2.7.2 断裂力学方法 37

2.7.3 损伤力学方法 44

2.8 材料内部的微观缺陷与损伤 52

2.9 初始损伤和临界损伤 53

2.10 特征长度的概念 55

2.11 黏弹性材料循环响应的滞后特性 57

2.12 本章小结 58

思考题 58

第3章 应力疲劳的机理和一般性理论 60

3.1 应力疲劳机理的传统解释 60

3.2 疲劳裂纹的萌生机制和条件 63

3.3 原子的热扰动运动 65

3.4 基于热扰动运动的应力疲劳机理 67

3.5 体积疲劳损伤变量 69

3.6 应力疲劳的损伤演化律 70

3.6.1 损伤演化律的一般形式 70

3.6.2 存在疲劳极限的机理性依据 74

3.6.3 静态平衡位置（平均应力）的作用 75

3.6.4 损伤演化的无量纲参数 76

3.7 应力疲劳理论 76

3.8 疲劳准则 80

3.9 寿命计算方法 81

3.10 动静角与状态参数 83

3.11 疲劳试验数据离散的必然性 85

3.12 关于超长寿命疲劳的疲劳机理 86

3.13 本章小结 87

思考题 87

附录 复杂应力状态下公周期内zui大主应力计算程序 88

第4章 单轴应力疲劳理论 92

4.1 基态交变应力下的损伤演化 92

4.2 基态交变应力下的理论S-N曲线 94

4.3 S-N曲线中的材料常数和状态参数 95

4.3.1 损伤状态参数对S-N曲线形状的影响 95

4.3.2 疲劳特性常数β，γ对S-N曲线形状的影响 97

4.3.3 疲劳极限的作用 98

4.3.4 寿命比例系数对S-N曲线的影响 99

4.4 固定平均应力下的S-N曲线 99

4.5 固定循环比下S-N曲线 102

4.6 寿命周期内疲劳损伤的试验验证 108

4.7 寿命比例系数与循环比的试验关系 111

4.8 疲劳极限与平均应力的关系 114

4.9 等寿命疲劳强度曲线 118

4.10 寿命比例系数与平均应力的关系 119

4.11 单轴疲劳理论的统一形式 120

4.11.1 等效对称循环应力幅 120

4.11.2 等效对称循环寿命 121

4.11.3 寿命统一评价公式 121

4.11.4 试验验证 121

4.12 材料的疲劳特性常数 123

4.13 疲劳损伤累加规律 125

4.14 混合态交变应力作用下的单轴疲劳理论 127

4.15 压缩平均应力下的单轴疲劳 129

4.16 本章小结 133

思考题 134

附录4.1 I(*a)数据 134

附录4.2 S-N曲线试验数据拟合程序 137

附录4.3 S-N曲线生成程序 140

附录4.4 混合态单轴疲劳寿命计算程序 144

第5章 多轴应力疲劳理论 149

5.1 多轴疲劳问题的传统处理方法 149

5.1.1 主应力振幅法 149

5.1.2 zui大Von-Mises应力法 149

5.1.3 临界面法 l50

5.2 多轴应力疲劳基本公式 l5l

5.2.1 多轴疲劳准则 152

5.2.2 寿命计算公式 153

5.3 比例加载多轴疲劳（同频同相） 154

5.3.1 无静态应力的情况 154

5.3.2 有比例静态应力的情况 160

5.3.3 有任意静态应力的情况 162

5.4 异相多轴疲劳（同频异相） 166

5.5 异频多轴疲劳 171

5.6 任意多轴疲劳计算例 172

5.7 关于结构中损伤演化的数值模拟 173

5.8 本章小结 173

思考题 174

附录任意多轴疲劳寿命计算程序 174

第6章 静态疲劳理论 181

6.1 蠕变破坏及其传统寿命评价方法 l8l

6.2 静态疲劳的特征和机理 l85

6.2.1 静态疲劳的特征与传统处理方法 185

6.2.2 静态疲劳的损伤演化机理 188

6.3 单轴静态疲劳理论 188

6.4 静态疲劳试验的加速方法 195

6.5 静态疲劳试验的注意点 196

6.6 多轴静态疲劳 197

6.6.1 Von-Mises应力法 199

6.6.2 zui大主应力法 199

6.6.3 静态等效平均应力法 200

6.6.4 应变能等效应力法 201

6.7 静态与循环的复合疲劳 202

6.8 本章小结 203

思考题 204

附录 静态疲劳数值积分程序 205

第7章 具有应力集中或奇异点的应力疲劳问题 208

7.1 实用工程方法 208

7.2 疲劳特征长度 209

7.3 疲劳裂纹的萌生方向和萌生寿命 213

7.4 具有微小缺陷材料的疲劳极限 216

7.5 宏观裂纹裂尖的循环应力 219

7.6 疲劳裂纹稳态扩展曲线 220

7.6.1 裂尖多轴疲劳寿命与扩展速率 220

7.6.2 韧性材料的稳态扩展曲线 223

7.6.3 脆性材料的稳态扩展曲线 224

7.7 小、微裂纹的疲劳扩展 227

7.8 微动疲劳和微动磨损 228

7.8.1 滑移界面端奇异场 229

7.8.2 微动疲劳的破坏路径和寿命 231

7.8.3 微动疲劳准则 233

7.8.4 微动磨损 234

7.9 面压疲劳 237

7.10 本章小结 241

思考题 241

附录7.1 脆性材料裂纹扩展速率（对称循环）曲线生成程序 242

附录7.2 韧性材料裂纹扩展速率曲线生成及调整程序 249

第8章 界面疲劳 254

8.1 界面的组织结构和界面模型 254

8.2 界面的受力特点 256

8.3 界面的静态破坏准则 260

8.3.1 界面裂纹沿界面破坏的准则 260

8.3.2 完好界面的破坏准则 264

8.3.3 界面法向应力为压应力时的失效准则 267

8.4 界面疲劳寿命评价方法 267

8.4.1 界面疲劳机理 268

8.4.2 界面裂纹疲劳扩展经验规律 269

8.4.3 界面起裂寿命评价 271

8.4.4 界面疲劳的评价参数 275

8.5 界面疲劳的S-N曲线 276

8.6 界面裂纹的多轴疲劳扩展 277

8.6.1 宏观界面裂纹的扩展 277

8.6.2 界面短裂纹的扩展 279

8.6.3 界面裂纹的疲劳特征长度 280

8.7 本章小结 28l

思考题 282

第9章 应变疲劳理论 283

9.1 应变疲劳的破坏形式 283

9.2 材料的塑性和循环塑性变形特性 284

9.3 应变疲劳的损伤累积机理 293

9.4 单轴应变疲劳 296

9.4.1 试验规律 296

9.4.2 疲劳损伤及其演化 297

9.4.3 a-N曲线的数学表达式 299

9.4.4 应变疲劳的临界损伤 301

9.4.5 单轴对称应变疲劳寿命试验例 302

9.4.6 单轴非对称应变疲劳的寿命评价方法 304

9.5 应变疲劳的材料特性常数 305

9.6 多轴应变疲劳的损伤累积与寿命评价方法 305

9.6.1 基于流动应力的损伤演化和寿命评价 305

9.6.2 关于等效应变幅和应变范围的考察 307

9.7 拉剪对称比例应变疲劳 308

9.8 J积分范围在裂纹扩展问题中的应用 309

9.9 本章小结 311

思考题 311

附录单轴应变疲劳寿命计算程序 312

第10章 应力腐蚀和腐蚀疲劳 316

10.1 腐蚀反应的驱动力和损伤演化 316

10.2 自然腐蚀 319

10.3 应力腐蚀 320

10.4 多轴应力腐蚀极限准则 325

10.5 裂纹的腐蚀开裂扩展速率 326

10.6 腐蚀疲劳 330

10.6.1 对称腐蚀疲劳 331

10.6.2 低循环应力幅下的腐蚀疲劳 333

10.6.3 非对称腐蚀疲劳 334

10.6.4 腐蚀疲劳极限 336

10.6.5 载荷频率的影响 337

10.7 腐蚀疲劳的裂纹扩展 338

10.7.1 腐蚀疲劳裂纹扩展的总体特征 338

10.7.2 关于腐蚀疲劳裂纹扩展门槛值 340

10.7.3 裂纹扩展速率曲线与寿命曲线的关系 341

10.8 本章小结 342

思考题 343

附录 腐蚀疲劳寿命计算程序 343

第11章 蠕变疲劳理论 347

11.1 蠕变变形及其本构关系 347

11.1.1 稳态蠕变本构关系的分段唯象表示 347

11.1.2 迁移蠕变本构关系 350

11.1.3 黏弹性材料的循环变形特性 351

11.2 黏弹性断裂力学方法 352

11.3 蠕变疲劳寿命的经验评价方法 355

11.4 稳态蠕变的损伤模型和寿命评价方法 357

11.4.1 几何损伤及其演化律 357

11.4.2 静态疲劳损伤 358

11.4.3 耦合损伤演化的寿命计算方法 359

11.4.4 试验验证 360

11.5 具有应力奇异点的蠕变疲劳 365

11.6 多轴蠕变疲劳的临界平面法 372

11.7 蠕变疲劳损伤演化律 373

11.7.1 损伤演化律 373

11.7.2 蠕变疲劳的临界损伤 374

11.7.3 对称循环蠕变疲劳 375

11.7.4 非对称应变控制循环 376

11.7.5 非对称应力控制循环 377

11.7.6 具有zui大应力保持时间的循环应力疲劳 381

11.7.7 极低频疲劳 381

11.8 蠕变疲劳中的耦合损伤累积 382

11.9 关于多轴蠕变疲劳寿命评价参数的考察 383

11.10 本章小结 384

思考题 384

附录11.1 蠕变破坏寿命计算程序 385

附录11.2 蠕变疲劳寿命计算程序 387

参考文献 391

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书籍介绍

本书介绍一种全新的疲劳理论体系。传统的疲劳理论一般只是一些试验经验的总结，或是与试验数据库的类比。当实际应力状态与试验条件差别较大时，寿命估算往往无法进行。新理论体系则提供了一个完整的疲劳力学理论框架。在少量的材料疲劳特性确定之后，可对任意应力状态的疲劳准则、寿命进行统一的评价。疲劳的种类很多，机理各不相同。新理论体系依据各种疲劳损伤演化的支配性机理及其耦合演化关系，建立相应的损伤演化律，从而导出具有一定理论依据的寿命评价公式。新理论不仅可以统一单轴疲劳的寿命评价方法，明确材料的疲劳特性常数等，而且还可以导出疲劳等效应力等新概念，非常方便地处理多种疲劳载荷混合作用的问题。书中详细介绍金属材料的普通疲劳、应变疲劳、静态疲劳、腐蚀疲劳以及蠕变疲劳中的寿命评价公式的导出过程及其应用，也简单介绍新理论在具有应力集中或奇异点的疲劳以及界面疲劳中的应用。