疲劳与断裂课程,,学习指南

　疲劳与断裂课程学习指南 一、教材 教育部面向 21 世纪课程教材：陈传尧编著，疲劳与断裂，华中科技大学出版社，2002 年。

　二、辅助教材 [1] 王忠光译，S. Suresh（美）著，材料的疲劳，北京：国防工业出版社，1999年第二版 [2] 郑朝云、张式程译，D. 拉达伊（德）著，焊接结构疲劳强度，北京：机械工业出版社，1994 年第一版 [3] 熊俊江著，疲劳断裂可靠性工程学，北京：国防工业出版社，2008 年第一版 三、教学内容 疲劳与断裂课程共分 10 章。第一章绪论；第二、三和四章介绍疲劳裂纹萌生及其研究方法，包括高周应力疲劳和低周应变疲劳，以及疲劳问题研究的统计学基础；第五、六和七章介绍弹塑性断裂力学基础，包括断裂扩展判据、断裂控制设计方法，以及工程常见的表面裂纹的应力强度因子；第八、九和十章介绍疲劳裂纹扩展的研究和预测方法。各章主要内容如下。

　第一章绪论，介绍疲劳的基本概念，疲劳断裂破坏事故的严重性，疲劳设计的主要方法和发展历史，疲劳破坏的特征和机理，疲劳断裂问题研究的一般方法。

　第二章应力疲劳，介绍应力疲劳的基本概念，S-N 曲线及其近似估计，平均应力、载荷形式、尺寸效应、结构件表面光洁度、表面处理，以及温度与环境等对材料疲劳性能的影响，在给定寿命下循环应力幅与平均应力之间的关系，等疲劳寿命图，考虑缺口的疲劳问题，Miner 线性累积损伤理论，变幅载荷谱下的疲劳问题，简化雨流循环计数法，随机载荷谱下的疲劳问题。

　第三章疲劳应用统计学基础，介绍疲劳数据的分散性，描述疲劳寿命分布的两种主要分布函数：正态分布和威布尔分布，二元线性回归方法，S-N 曲线和p-S-N 曲线的拟合，以及利用回归方程进行寿命问题的统计推断。

　第四章应变疲劳，介绍应变疲劳的基本概念，单调的应力应变响应及其描述，

　滞后环，循环应力应变响应及其描述，材料的记忆特性，变幅循环应力应变响应计算，应变寿命曲线与平均应力影响，考虑缺口的应变寿命分析。

　第五章断裂失效与断裂控制设计，介绍低应力断裂概念，裂纹尖端的应力强度因子，控制断裂的三个基本因素，材料断裂韧性的实验测试方法，断裂判据，以及断裂控制设计。

　第六章表面裂纹，介绍拉伸载荷作用下无限大体中埋藏裂纹和表面裂纹的应力强度因子解，拉伸载荷作用下有限体中表面裂纹的应力强度因子解，以及弯曲载荷作用下有限体中表面裂纹的应力强度因子解。

　第七章弹塑性断裂力学简介，介绍裂纹尖端的小范围屈服，小范围屈服下应力强度因子的修正，裂纹尖端张开位移及其实验测试方法，弹塑性断裂控制设计方法。

　第八章疲劳裂纹扩展，介绍疲劳裂纹扩展速率的概念，疲劳裂纹扩展速率与应力强度因子幅曲线的特征，Paris 公式，疲劳裂纹扩展寿命预测，平均应力、加载频率、腐蚀环境对疲劳裂纹扩展的影响。

　第九章裂纹闭合理论与高载迟滞效应，介绍循环载荷下裂尖的弹塑性响应，裂纹闭合理论，闭合应力的实验测试方法，高载迟滞效应，Wheeler 模型，Willenberg 模型。

　第十章疲劳寿命预测和抗疲劳设计，介绍寿命预测方法的一般要求和分类，损伤容限设计的基本原理、损伤累积的计算方法，耐久性设计的基本原理和一般方法。

　其中，第二、四、五和八章是整个课程学习的重点。

　四、实验说明 结合教材内容，本课程安排了四个实验。通过自己动手操作，观察实验现象，记录实验结果，可以使学生对疲劳与断裂的基本概念、基本理论和基本研究方法有较扎实的理解。同时，通过实验教学培养学生的实践动手能力。

　四个实验项目包括：

　实验一平面应变断裂韧度 K IC 的测定； 实验二光滑试样的疲劳实验； 实验三是裂纹尖端张开位移 COD 的测定；

　实验四是疲劳裂纹扩展速率测定实验。

　实验一和三属于断裂力学实验，实验二是应力（或应变）疲劳试验，即疲劳裂纹萌生实验，实验四是疲劳裂纹扩展实验。

　五、参考资料 [1] Fuchs H O, Stephens R I. Metal fatigue in engineering. New York: Wiley, 1980 [2] Klesnil M. Fatigue of metallic materials. Elsevier Scientific Pub,1980 [3] Collins J A. fatigue of materials in mechanics design. New York: Wiley, 1981 [4] 陈篪，蔡其巩，王仁智. 工程断裂力学（上）. 北京：国防工业出版社，1977 [5] Broek D. Elmentary engineering fracture mechanics. Noordhoff, The Netherlands, 1978 [6]

　高镇同. 疲劳应用统计学.北京：国防工业出版社，1986 [7]

　Hertzberg R W（美）. 工程材料的变形与断裂力学. 王克仁译. 北京：机械工业出版社，1982 [8]

　黄志标. 断裂力学. 广州：华南理工大学出版社，1988 [9]

　陈传尧，高大兴. 疲劳断裂基础. 武汉：华中理工大学出版社，1991 [10]

　林吉忠，刘淑华. 金属材料的断裂与疲劳. 北京：中国铁道出版社，1989 [11]

　Bannantine J A, et al. Fundamentals of metal fatigue analysis. Prentice Hall, New Jersey: Englewood Cliffs, 1990 [12]

　Parker A P. The mechanics of fracture and fatigue, London: N Y E & F N Spon. Ltd, 1981 [13]

　Rolfs S T, Barsom J M（美）. 结构中的断裂与疲劳控制. 刘文珽等译. 北京：机械工业出版社，1985 [14]

　Sandor B I（美）. 循环应力与循环应变的基本原理. 俞炯亮译. 北京：科学出版社，1985 [15]

　涂汉生. 数理统计. 北京：中国铁道出版社，1982