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本書可作為力學、機械、結構等專業(yè)研究生和相關專業(yè)高年級本科生教材。對斷裂力學基本理論進行講授，結合編著者們的相關科研成果，對有一定難度的斷裂實例問題進行講授，便于學生學習了解解決斷裂相關問題的思路和方法。第一章緒論1.1斷裂力學發(fā)展簡介1.2斷裂力學研究對象和任務1.3應力集中和斷裂破壞1.4斷裂力學研究方法第二章裂紋尖端附近應力應變場2.1 裂紋的基本形式2.2 平面應力狀態(tài)與平面應變狀態(tài)2.3 平面問題的彈性方程2.4 Ⅰ型裂紋尖端附近的應力應變場2.5 Ⅱ型、Ⅲ型裂紋尖端的應力應第三章應力強度因子3.1 三種基本裂紋應力強度因子3.2 復合型裂紋應力強度因子3.5 實際裂紋的近似處理3.6 塑性區(qū)及其修正3.7 含裂紋體的能量分析第四章材料斷裂韌性測試原理和方法4.1 材料斷裂韌性4.2 測試原理和測試方法4.3 試驗數(shù)據(jù)分析第五章裂紋斷裂判據(jù)5.1 單一型裂紋的斷裂判據(jù)5.2 復合型裂紋的斷裂判據(jù)5.3 *大周向正應力理論5.4 能量釋放率理論5.6 COD原理及其判據(jù)5.7 J積分原理及其判據(jù) 第六章復合材料斷裂力學及實例分析第七章結構斷裂止裂及實例分析

前言

結構或材料中不可避免地存在類似于裂紋的缺陷，這些缺陷或是結構材料中固有的，或是制造加工過程中形成的，也可能是結構運行過程中由于疲勞而產(chǎn)生的，裂紋擴展引起結構斷裂破壞。隨著工業(yè)技術的發(fā)展，容器、管道及各種平臺結構中部件的斷裂現(xiàn)象頻繁發(fā)生，造成大量人員傷亡和經(jīng)濟財產(chǎn)損失。

斷裂力學作為固體力學的一個分支，研究裂紋起始與擴展的力學模型，建立控制裂紋擴展的力學判據(jù)。近幾十年來，斷裂力學迅速發(fā)展，隨著斷裂力學研究成果在各工程領域的應用，各種因斷裂而引起的惡性事故大大減少，對保證結構安全起到了非常重要的作用。因此，對工科專業(yè)學生普及斷裂力學知識是十分必要的。

工程中的斷裂破壞是非常復雜的，涉及影響裂紋擴展的各種因素，而對斷裂問題的研究和分析同樣具有復雜性。在斷裂力學教材中引入實例分析，結合科研工作成果，聯(lián)系實際工程中的斷裂問題進行授課，理論結合實際，能讓學生深入理解斷裂破壞的方式及其相應的力學機理，了解斷裂力學研究的思路和方法，培養(yǎng)學生解決實際問題的能力。

除第1章緒論外，本書包含兩部分內(nèi)容，第一部分（第2~6章）為基礎理論篇，包括裂紋尖端的應力場和位移場、應力強度因子、CTOD原理及其判據(jù)、材料斷裂韌度測試原理和方法、J積分原理及其判據(jù)；第二部分（第7、8章）為工程應用篇，包括復合材料板斷裂、加筋板結構斷裂止裂分析。具體撰寫分工如下：第1章緒論由姜翠香撰寫，第2章由鄭華升撰寫，第3章由何理撰寫，第4章由姜翠香、余剛、王難爛撰寫，第5章由蔣培撰寫，第6章由張威撰寫，第7章由徐旺撰寫，第8章由姜翠香撰寫。全書由姜翠香、徐旺統(tǒng)稿。

在本書出版之際，謹向為本書編寫提供支持與幫助的蔡路軍、曾國偉等老師表示衷心的感謝！碩士研究生邵濱參與了部分繪圖工作，一并致以誠摯的謝意！

本書獲武漢科技大學研究生院教材專項經(jīng)費資助，在此表示衷心的感謝！

在本書編寫過程中我們參閱了有關文獻，在此對這些文獻的作者表示感謝!

由于水平有限，書中難免存在錯誤和不妥之處，敬請讀者批評指正！

編者

第1章緒論(1)

1.1斷裂力學理論及其發(fā)展應用(1)

1.1.1線彈性斷裂力學理論(1)

1.1.2彈塑性斷裂力學理論(2)

1.2結構止裂研究簡介(3)

1.3損傷容限設計(4)

思考題(5)

參考文獻(5)

第2章裂紋尖端的應力和位移(6)

2.1裂紋的基本類型(6)

2.2彈性理論基礎(7)

2.2.1彈性力學的基本方程(7)

2.2.2平面問題的應力函數(shù)(9)

2.2.3平面問題的復變函數(shù)解(10)

2.3典型裂紋尖端的應力場和位移場(10)

2.3.1Ⅰ型裂紋的應力場和位移場(11)

2.3.2Ⅱ型裂紋的應力場和位移場(15)

2.3.3Ⅲ型裂紋的應力場和位移場(16)

思考題(18)

參考文獻(18)

第3章應力強度因子(19)

3.1裂紋應力強度因子(19)

3.1.1 KⅠ疊加原理及應力場疊加原理(20)

3.1.2無限大板Ⅰ型裂紋應力強度因子(22)

3.1.3無限大平板Ⅱ、Ⅲ型裂紋問題應力強度因子(27)

3.2復合型裂紋應力強度因子的計算(29)

3.2.1復變應力函數(shù)的普遍形式(29)

3.2.2Ⅰ、Ⅱ型復合裂紋問題應力強度因子的表達式(31)

3.3有限寬板穿透裂紋應力強度因子(34)

3.3.1威廉氏（Williams）的應力函數(shù)和應力公式(34)

3.3.2K的計算式(36)

3.3.3借用無裂紋邊界條件(邊界應力)求系數(shù)Dj(37)

3.3.4三點彎曲和緊湊拉伸試樣KⅠ的表達式(38)

3.4實際裂紋的近似處理及疊加原理應用(39)

3.4.1缺陷群的相互作用(40)

3.4.2實際裂紋的安全處理(42)

3.4.3鉚釘孔邊雙耳裂紋的KⅠ(44)

3.4.4旋轉葉輪(或軸)內(nèi)孔端裂紋的KⅠ(45)

3.5塑性區(qū)及其修正(49)

3.5.1塑性區(qū)的形狀和大小(49)

3.5.2裂紋尺寸(54)

3.5.3應力強度因子計算(55)

3.6含裂紋體的能量分析(58)

3.6.1裂紋擴展的能量釋放率G(58)

3.6.2G和K的關系(61)

思考題(64)

參考文獻(64)

第4章CTOD原理及其判據(jù)(66)

4.1CTOD基本概念(66)

4.2小范圍屈服條件下的CTOD(67)

4.3Dugdale模型(68)

4.4CTOD計算公式(69)

4.4.1裂紋尖端塑性區(qū)長度(69)

4.4.2裂紋尖端張開位移(70)

思考題(73)

參考文獻(73)

第5章材料斷裂韌度測試原理和方法(74)

5.1斷裂韌度(74)

5.1.1斷裂韌度的基本原理(75)

5.1.2裂紋擴展的能量理論(75)

5.2平面應變斷裂韌度KⅠC的測試(77)

5.2.1測量KⅠC的原理(78)

5.2.2試樣和試驗裝置(79)

5.2.3試驗程序(81)

5.2.4試驗結果處理和KⅠC有效性判斷(82)

5.2.5測試低溫斷裂韌度KⅠC(83)

5.3表面裂紋斷裂韌度KⅠe的測試(85)

5.3.1測試原理和方法(86)

5.3.2試樣預制及拉斷(87)

5.3.3KⅠe有效性判斷及應用(88)

5.4平面應力斷裂韌度KC的測試(89)

5.4.1COD法(89)

5.4.2R曲線法(91)

5.5臨界裂紋尖端張開位移c的測試(92)

5.5.1測試原理和方法(93)

5.5.2Vc和c的換算關系(93)

5.5.3臨界點的確定(94)

5.5.4確定起裂點的電位法(95)

5.6裂紋擴展速率da/dN的測試(96)

5.6.1疲勞裂紋擴展特性(96)

5.6.2測試da/dN的原理(98)

5.6.3測試裂紋長度a的一些方法(100)

5.6.4試驗程序(104)

思考題(107)

參考文獻(107)

第6章J積分原理及其判據(jù)(108)

6.1J積分的定義(108)

6.2J積分的守恒性(109)

6.2.1計算沿閉合回路的J積分(109)

6.2.2計算沿任意閉合回路的J積分(110)

6.3線彈性狀態(tài)下J積分與能量釋放率、應力強度因子的關系(110)

6.3.1J積分與能量釋放率的關系(110)

6.3.2J積分與應力強度因子的關系(112)

6.4J積分和CTOD的關系(113)

6.5J積分準則(114)

6.6J積分的測試和臨界性(114)

6.7J積分與彈塑性斷裂力學的發(fā)展(116)

思考題(117)

參考文獻(117)

第7章復合材料板斷裂(118)

7.1各向異性線彈性體本構關系(118)

7.2二維各向異性材料的Stroh理論(119)

7.3平面應變問題的Lekhnitskii理論(121)

7.4界面裂紋的應力強度因子(122)

7.4.1Dundurs參數(shù)(123)

7.4.2界面裂紋的應力強度因子(124)

7.5多材料板界面端彎曲斷裂參數(shù)計算的辛離散有限元法(125)

7.5.1含V形切口多材料板彎曲的哈密頓體系(125)

7.5.2辛離散有限元方程(130)

7.5.3數(shù)值算例(132)

思考題(141)

參考文獻(141)

第8章加筋板結構斷裂止裂分析(142)

8.1有限加筋板的線彈性斷裂分析(142)

8.1.1彈性力學控制方程(142)

8.1.2線彈性裂紋問題的復應力函數(shù)(143)

8.1.3邊界配置方法求解含中心裂紋有限板的問題(147)

8.1.4有限加筋板應力強度因子的分析與計算(149)

8.2局部加強無限大板的線彈性斷裂及止裂分析(155)

8.2.1含裂紋無限大板的應力和位移復變函數(shù)表達(155)

8.2.2考慮加強腹板橫向剛度時裂紋板應力強度因子的分析與計算(157)

8.2.3不考慮加強腹板橫向剛度時裂紋板應力強度因子的分析與計算(170)

思考題(173)

參考文獻(173)

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