Practical Fracture Mechanics in Design pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Marcel Dekker Inc

作者:Shukla, Arun

出品人:

页数:522

译者:

出版时间:2004-12

价格:$ 225.94

装帧:HRD

isbn号码:9780824758851

丛书系列:

图书标签:

Fracture Mechanics
Engineering Design
Materials Science
Structural Integrity
Failure Analysis
Mechanical Engineering
Solid Mechanics
Crack Propagation
Stress Analysis
Fatigue

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具体描述

This text contains theoretical treatments of fracture mechanics abound in the literature. Among the first books to address this vital topic from an applied standpoint was the first edition of "Practical Fracture Mechanics in Design". Completely updated and expanded to reflect recent developments in the field, the second edition of this valuable reference concisely reviews all of the fracture modes and design methodologies needed for control and prevention of structural failures in mechanical components. "Practical Fracture Mechanics in Design, Second Edition" begins with the historical development of the field, which is critical in understanding the origins and purpose of the various methodologies and equations. The book goes on to provide the fundamentals, basic formulas, elementary worked examples, and references with an emphasis on linear elastic fracture mechanics (LEFM). The author also includes case studies and design problems to clarify the concepts and explain their application. New chapters cover experimental methods in fracture, fracture of composite materials, dynamic fracture, and post mortem analysis of fracture surfaces. Providing much more than a simple introduction to fracture mechanics, this critical, authoritative guide supplies easy-to-use and understand tools based on hands-on experience in design, emphasizing practical applications over heavily theoretical, rigorous mathematical derivations.

结构完整性与材料失效的深度探索：一本关于现代工程力学与断裂行为的专著本书聚焦于现代工程设计中至关重要的领域——结构完整性、材料的疲劳寿命预测以及断裂力学的理论与实践应用。它旨在为结构工程师、材料科学家以及从事高风险领域（如航空航天、核能、桥梁建设和压力容器设计）的研究人员提供一个全面且深入的知识框架。全书内容紧密围绕如何理解和预测材料在复杂载荷条件下的损伤演化过程，并提供切实可行的设计指导原则。第一部分：基础理论的重建与深化本书首先对经典的固体力学原理进行了系统性的回顾与提升，尤其关注那些直接关系到材料宏观行为的微观基础。 1. 连续介质力学与本构关系的高级视角：本部分超越了简单的胡克定律，深入探讨了非线性弹性、粘弹性、粘塑性材料的行为模型。重点分析了如何从微观晶体结构和微观缺陷的角度来推导出宏观应力-应变关系，尤其在涉及高应变率和高温环境的载荷情况下。书中详尽阐述了各类本构模型的数学形式、参数识别方法及其在有限元分析（FEA）中的实施细节，强调了材料模型选择对结构安全评估的决定性影响。 2. 弹塑性断裂的理论基石：本章是全书的理论核心之一。它系统地介绍了经典断裂力学从线性弹性断裂力学（LEFM）向弹塑性断裂力学（EPFM）的演进过程。详述了能量释放率（$G$）、应力强度因子（$K$）的计算方法，并重点阐述了J积分作为衡量裂纹尖端场强度的关键参数的理论意义和计算技巧。书中还包括对小撕裂（Small Scale Yielding）和大撕裂（Large Scale Yielding）情况的分析，引入了弹塑性断裂韧性的概念及其测量标准。第二部分：疲劳损伤与寿命预测的工程化疲劳是导致工程结构失效的最主要原因。本部分将理论分析与广泛的实验数据相结合，构建了一个多尺度的疲劳评估体系。 3. 疲劳裂纹萌生与扩展的微观机制：本章深入研究了疲劳损伤发生在材料内部的不同尺度上。从晶粒尺度的位错运动、滑移带的形成，到微观孔隙的成核和聚集，详细解释了疲劳裂纹是如何从初始的表面不完整性或内部夹杂物处萌发的。书中探讨了表面处理（如喷丸强化）对裂纹萌生阈值的影响，并引入了基于形貌学和统计学的方法来预测疲劳寿命的初始阶段。 4. 宏观疲劳寿命预测模型与工程应用：本部分着重于实际工程设计中的寿命评估方法。详细对比了应力寿命法（S-N曲线）、应变寿命法（$varepsilon$-N曲线）的适用范围和局限性。更重要的是，本书对基于断裂力学的疲劳裂纹扩展速率模型（如Paris-Erdogan定律）进行了深入的数学推导和参数敏感性分析。书中提供了如何根据实际载荷谱（Load Spectrum）进行累积损伤评估的流程图和案例分析，特别是针对随机载荷和多轴疲劳问题的处理方法。 5. 损伤容限设计与剩余寿命评估：本书强调“损伤容限”（Damage Tolerance）的设计理念。详细介绍了如何设定结构允许的最大裂纹尺寸和最小安全因子。对于在役结构，本章提供了基于无损检测（NDT）数据的裂纹尺寸估计方法，并结合疲劳裂纹扩展率模型，精确计算结构的剩余安全寿命，为定期的检查和维护计划提供科学依据。第三部分：高级断裂现象与环境效应现代结构运行环境日益复杂，材料常常暴露于高温、腐蚀或高应变速率下，这些因素会显著改变材料的断裂行为。 6. 高温与蠕变断裂力学：针对涡轮叶片、反应堆部件等高温服役结构，本章探讨了蠕变（Creep）与疲劳的耦合效应（Creep-Fatigue Interaction）。引入了时间-温度参数（如Larson-Miller参数）来修正材料的蠕变速率。重点阐述了基于等效能量平衡的蠕变断裂模型，以及如何评估高温下由空洞聚集导致的断裂韧性下降。 7. 环境辅助断裂（SCC与氢脆）：本部分聚焦于化学环境对力学性能的劣化作用。系统阐述了应力腐蚀开裂（SCC）的电化学-力学耦合机理。书中详细介绍了慢应变速率拉伸试验（SSR T）的方法和结果分析。此外，对于氢脆问题，深入分析了氢在材料中的扩散行为、与微观缺陷的相互作用机制，以及如何通过控制材料的微观组织来提高对氢损伤的抵抗力。第四部分：数值模拟与实验验证的桥梁本书的实践价值体现在对先进数值方法和严谨实验验证的整合上。 8. 先进数值方法的应用：本章详细介绍了如何利用先进的数值技术模拟裂纹扩展过程。内容涵盖了XFEM（扩展有限元法）如何克服传统网格重划分的限制，以及Cohesive Zone Model（内聚力模型）在模拟裂纹成核、扩展及材料分离过程中的优势。书中提供了详细的FEA模型建立流程，包括边界条件的选择和网格敏感性分析。 9. 实验测试与数据反演：最后，本书强调了实验验证的重要性。详细介绍了测量断裂参数的关键实验技术，包括试样制备标准、裂纹长度的实时监测技术（如DIC, DCPD）。重点阐述了如何通过实验数据（如载荷-裂纹扩展曲线）反演材料参数，以验证或修正前述的理论模型和数值模拟结果，确保设计方法的可靠性和保守性。本书结构严谨，内容详实，力求在理论的深度与工程实践的广度之间架起一座坚实的桥梁，为读者提供解决复杂结构完整性挑战的全面工具集。