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第1章 疲劳导论：基础理论与方法1

1.1 材料的疲劳1

1.1.1 疲劳简史：技术与科学的重要性1

1.1.2 相关概念定义4

1.1.3 耐久性图5

1.2 疲劳损伤的机制6

1.2.1 引言6

1.2.2 疲劳裂纹萌生7

1.2.3 疲劳裂纹扩展8

1.3 疲劳试验系统9

1.4 结构的抗疲劳设计10

1.5 塑料、橡胶及复合材料的疲劳11

1.6 本章小结13

第2章 疲劳寿命估算14

2.1 引言14

2.2 疲劳数据的离散性15

2.3 疲劳极限的估算16

2.4 疲劳强度及标准差的估算16

2.4.1 概率元法17

2.4.2 升降法20

2.4.3 迭代法22

2.4.4 多试样法25

2.4.5 方法选择27

2.5 疲劳寿命的数学表达28

2.5.1 引言28

2.5.2 应力寿命公式28

2.5.3 试验曲线的修正30

2.6 循环周次的估计33

2.6.1 基本原理34

2.6.2 绘制过程34

2.6.3 应用举例35

2.7 力学参数对疲劳极限的影响35

2.7.1 平均应力的影响35

2.7.2 荷载类型的影响36

2.8 疲劳极限与力学性能关系38

2.8.1 疲劳极限σd的估算38

2.8.2 标准差估计38

2.8.3 结论39

第3章 疲劳裂纹萌生40

3.1 引言40

3.2 裂纹萌生的物理机制40

3.2.1 疲劳失效过程：回顾40

3.2.2 应力幅的影响42

3.3 裂纹萌生的评估47

3.3.1 光滑试样47

3.3.2 缺口效应47

3.4 裂纹萌生的寿命估算58

3.4.1 引言58

3.4.2 存在的问题58

3.4.3 裂纹萌生参数58

3.4.4 主W？hler曲线59

3.4.5 累积损伤准则60

3.4.6 Kt＞1试样的曲线61

3.4.7 参考曲线62

3.4.8 绘制参考曲线63

3.4.9 结论63

第4章 低周疲劳64

4.1 引言64

4.1.1 低周疲劳适用性64

4.1.2 试验方法66

4.2 低周疲劳的唯象解释69

4.2.1 引言69

4.2.2 循环加工硬化70

4.2.3 循环应力－应变关系曲线72

4.2.4 疲劳强度74

4.2.5 数学模型75

4.2.6 加载顺序及控制方式76

4.3 低周疲劳开裂及顺应机制77

4.3.1 引言77

4.3.2 材料的顺应性78

4.3.3 钢的顺应机制88

4.3.4 低周疲劳裂纹萌生96

4.3.5 低周疲劳裂纹扩展100

4.4 本章小结101

4.5 致谢102

第5章 超高周疲劳103

5.1 疲劳寿命103

5.2 超高周疲劳试验104

5.2.1 压电试验机104

5.2.2 振动疲劳原理105

5.2.3 共振波长106

5.2.4 试样设计106

5.2.5 超声波发生器108

5.3 压电疲劳试验系统109

5.4 超高周疲劳S-N曲线109

5.4.1 疲劳S-N曲线的基本特征109

5.4.2 黑色金属材料111

5.4.3 铝合金材料122

5.5 超高周疲劳裂纹萌生机理123

5.5.1 非金属夹杂124

5.5.2 基体冶金缺陷125

5.5.3 微孔洞125

5.6 疲劳强度的评估128

5.6.1 统计方法比较128

5.6.2 超高周疲劳Kitawaga图129

5.6.3 基于Paris-Hertzberg准则的裂纹萌生寿命评估130

5.6.4 基于Murakami模型的疲劳强度预测132

5.7 本章小结133

第6章 疲劳裂纹扩展速率134

6.1 引言134

6.2 裂纹扩展速率模型134

6.2.1 唯象模型134

6.2.2 基于位错理论的模型137

6.2.3 基于裂尖材料行为的模型140

6.2.4 基于材料循环特性的模型142

6.3 模型评价144

6.3.1 循环参数的影响145

6.3.2 扩展常数C和m关系146

6.3.3 材料属性对裂纹扩展的影响147

6.3.4 外部条件对裂纹扩展的影响149

6.4 展望150

6.5 本章小结151

6.5.1 固有属性参数152

6.5.2 外部试验条件152

第7章 短裂纹扩展153

7.1 引言153

7.2 线弹性断裂力学的局限性154

7.2.1 光滑边裂纹154

7.2.2 缺口根部裂纹155

7.3 试验观测157

7.3.1 短裂纹扩展速率157

7.3.2 微观组织短裂纹158

7.3.3 物理短裂纹160

7.4 短裂纹闭合效应163

7.4.1 裂纹的闭合现象163

7.4.2 短裂纹闭合的演变165

7.4.3 扩展速率与△Keff的关系166

7.4.4 粗糙度致裂纹闭合166

7.5 短裂纹扩展模型166

7.5.1 微观组织短裂纹扩展模型166

7.5.2 物理短裂纹扩展模型170

7.6 本章小结174

第8章 裂纹尖端的塑性变形176

8.1 引言176

8.2 疲劳裂纹尖端的塑性变形176

8.2.1 理论方面177

8.2.2 试验验证180

8.2.3 细观晶粒尺度182

8.3 疲劳断口形貌分析183

8.3.1 断口形貌观测183

8.3.2 疲劳辉纹的形成机制184

8.4 基于尖端张开位移的裂纹扩展模型185

8.5 基于循环硬化的裂纹扩展模型187

8.6 基于有效应力强度因子的裂纹扩展模型188

8.6.1 Elber模型188

8.6.2 Elber模型的应用190

8.6.3 裂纹闭合机制的解释190

8.7 本章小结194

第9章 疲劳裂纹扩展的局部解法195

9.1 引言195

9.2 裂尖塑性区195

9.2.1 Irwin塑形区195

9.2.2 T应力场197

9.2.3 材料应变硬化效应197

9.3 裂尖循环塑性变形199

9.3.1 循环弹塑性行为200

9.3.2 塑性历程效应201

9.4 疲劳裂纹扩展的局部解法207

9.4.1 比例扩展法简介207

9.4.2 比例扩展法原理207

9.4.3 模型验证209

9.4.4 推广应用210

9.5 本章小结211

第10章 腐蚀疲劳212

10.1 引言212

10.2 裂纹萌生212

10.2.1 水性介质212

10.2.2 气相环境216

10.3 短裂纹扩展216

10.4 长裂纹扩展217

10.4.1 试验观测217

10.4.2 腐蚀疲劳模型222

10.5 本章小结224

第11章 环境的影响225

11.1 引言225

11.2 环境对高周疲劳的影响226

11.2.1 早期研究226

11.2.2 微观机制226

11.2.3 大气压力及频率的影响228

11.2.4 微观组织和环境的综合影响229

11.2.5 温度和环境的耦合行为230

11.2.6 超高周疲劳下环境的影响230

11.3 环境对疲劳裂纹扩展的影响232

11.3.1 早期研究232

11.3.2 惰性环境下的裂纹扩展特性233

11.3.3 环境加速效应237

11.3.4 裂纹的扩展形貌241

11.3.5 多因素协同作用243

11.4 本章小结252

第12章 变幅疲劳加载254

12.1 引言254

12.2 变幅加载相关问题255

12.2.1 变幅加载的必要性255

12.2.2 加载信号257

12.2.3 从服役记录到载荷谱260

12.3 变幅加载疲劳试验267

12.3.1 模拟试验方法267

12.3.2 试验系统267

12.3.3 块谱试验268

12.3.4 变幅疲劳试验及载荷谱269

12.3.5 随机加载试验270

12.3.6 测试结果分析271

12.4 变幅疲劳试验的影响因素273

12.4.1 重建载荷谱的计数法273

12.4.2 载荷水平个数273

12.4.3 载荷次序效应273

12.4.4 加载频率274

12.4.5 高应力信号局限性274

12.4.6 不规则因子274

12.4.7 载荷谱的类型275

12.4.8 小载荷循环275

12.4.9 加速疲劳试验276

12.5 变幅载荷下的疲劳寿命评估278

12.5.1 疲劳寿命的预测方法278

12.5.2 多轴载荷特性278

12.5.3 非循环计数法279

12.6 本章小结280

参考文献282