疲劳与断裂课程教学大纲

　疲劳与断裂课程教学大纲 一、课程名称 疲劳与断裂 Fatigue & Fracture 二、课程编码 0806911 三、学时与学分 40/2.5 四、先修课程 弹塑性力学、断裂力学 五、教学目标 疲劳与断裂是工程中最常见的破坏形式。本课程帮助学生获得疲劳与断裂破坏的基本概念、破坏机理、基本规律等知识，了解现代结构疲劳、断裂控制设计的基本原理与方法；了解学科发展前沿，掌握研究疲劳、断裂破坏基本规律的一般方法。

　六、适用学科专业 工程力学、土木、材料、机械、船舶、能源 七、课堂教学内容和学时安排 ● 绪论（4 学时）

　什么是疲劳；疲劳断裂破坏的严重性；疲劳设计方法；疲劳破坏机理与宏微观断口特征；疲劳断裂研究方法 ● 应力疲劳（4 学时）

　基本 S-N 曲线；平均应力的影响；影响疲劳性能的若干因素；变幅载荷谱下的疲劳寿命预测；随机谱与循环计数法 ● 疲劳应用统计学基础（4 学时）

　疲劳数据的分散性；正态分布；威布尔分布；二元线性回归分析；S-N 曲线和 P-S-N 曲线的拟合

　● 应变疲劳（4 学时）

　单调应力- 应变响应；滞后环和循环应力 -应变响应；材料的记忆特性与变幅循环响应计算；应变疲劳性能；缺口应变分析及寿命预测 ● 断裂失效与断裂控制设计（4 学时）

　结构中的裂纹；裂纹尖端的应力强度因子；控制断裂的三个基本因素；材料的断裂韧性 K1c；断裂判据与断裂控制设计

　● 表面裂纹（4 学时）

　拉伸载荷作用下无限大体中的埋藏裂纹和表面裂纹；拉伸载荷作用下有限体中表面裂纹的应力强度因子；弯曲载荷作用下有限体中表面裂纹的应力强度因子；

　● 弹塑性断裂力学（4 学时）

　裂纹尖端的小范围屈服；裂纹尖端张开位移；CTOD 测试与弹塑性断裂控制设计

　● 疲劳裂纹扩展（4 学时）

　疲劳裂纹扩展速率；疲劳裂纹扩展寿命预测；影响疲劳裂纹扩展的若干因素 ● 裂纹闭合理论与高载迟滞效应（2 学时）

　循环载荷下裂尖的弹塑性响应；裂纹闭合理论；高载迟滞效应 ● 疲劳寿命预测和抗疲劳设计（2 学时）

　疲劳寿命预测的一般方法；损伤容限设计中的损伤累积方法；耐久性经济寿命设计的基本原理 八、实验内容和学时安排 四个实验学生选做两个，4 学时。

　实验一、平面应变断裂韧度 KIC 的测定； 实验二、光滑试样的疲劳实验； 实验三、裂纹尖端张开位移 COD 的测定； 试验四、疲劳裂纹扩展速率测定实验。

　九、教材及参考书 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。

　辅助教材：

　（1）王忠光译，S. Suresh（美）著，材料的疲劳，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，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。

　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

　十、考核方式 疲劳与断裂课程采取考试、平时作业（含实验报告、小论文等）和课堂综合（包括回答问题、课堂讨论、出勤情况等）三者相结合的考评方式。

　考评采取百分制，其中考试占 60%，平时作业占 20%，课堂综合占 20%。在平时作业的 20%中，课后作业 10%，实验报告 5%，小论文 5%。在课堂综合的 20%中，课堂提问 5%，课堂讨论 5%，出勤情况 10%。

　采用笔试，开卷，全部试题均为必答题。满分 100 分。考试题目类型可能包括：填空题、选择题、问答题和计算分析题，但以计算分析题为主。