The Crack Tip Opening Displacement in Elastic-Plastic Fracture Mechanics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:George A Papadopoulos

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1986-08

价格:USD 59.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780387166025

丛书系列:

图书标签:

• Fracture Mechanics
• Elastic-Plasticity
• Crack Propagation
• CTOD
• Material Science
• Engineering Mechanics
• Solid Mechanics
• Structural Integrity
• Failure Analysis
• Mechanical Behavior

塑性力学前沿：断裂韧性与材料失效的深度探索 本书导论： 在现代工程实践中，材料的可靠性与结构的安全性是永恒的主题。当材料承受载荷，尤其是在存在微小缺陷或裂纹的构件中，其行为已不再能单纯地用经典弹性理论来描述。在载荷作用下，裂纹尖端的应力场会迅速发展，导致局部区域材料进入塑性状态，形成一个显著的塑性区。这个塑性区的存在，极大地改变了裂纹的扩展机制和临界断裂载荷。 本书《塑性力学前沿：断裂韧性与材料失效的深度探索》旨在提供一个全面、深入且与“The Crack Tip Opening Displacement in Elastic-Plastic Fracture Mechanics”主题保持距离的视角，聚焦于宏观断裂力学、疲劳裂纹扩展的本构模型以及材料在极端载荷下的非线性响应。我们探讨的是一个更广阔的领域，即如何通过先进的数值模拟和实验技术，来理解和预测结构在复杂应力状态下的失效过程，而避开对特定参数（如裂尖张开位移，CTOD）的直接、详细的数学推导与应用。 第一部分：宏观断裂力学的基本框架与扩展 本部分奠定坚实的理论基础，但其关注点集中在能量平衡和路径无关的积分量上，而非局部尖端位移的精确度量。 第一章：能量守恒与断裂韧性的概念引入 本章首先回顾线弹性断裂力学的核心概念——应力强度因子（$K$），并侧重于其在结构完整性评估中的定性作用，而非其在弹性-塑性边界问题中的具体计算方法。我们将重点讨论断裂韧性（$K_{Ic}$）作为材料内在抵抗裂纹扩展能力的宏观指标。 随后，引入能量释放率（$G$）的概念，将其视为裂纹扩展过程中的一个核心驱动力。重点探讨了 Irwin 修正的引入，旨在弥补弹性理论在处理有限塑性区时的不足。本章的重点在于建立一个基于能量的、宏观尺度的断裂判据，例如Griffith 理论的现代诠释及其在材料选择中的应用。 第二章：结构完整性评估的数值方法概述 本章将视角从解析解转向工程实际中的数值工具。我们将详细阐述有限元方法（FEM）在模拟复杂几何形状和边界条件下的应力场分布。重点在于单元选择、网格划分对宏观应力奇异性的影响，以及如何利用高阶单元来捕获应力梯度的变化。 讨论内容涵盖无损检测（NDT）技术在识别潜在缺陷位置中的关键作用，以及如何将这些缺陷的几何尺寸转化为有限元模型中的初始输入参数。本章强调的是如何构建和求解一个三维结构模型来预测载荷极限，而非集中于尖端场变量的精确解析。 第二章的延伸：基于构件（Component-Based）的断裂评估 此扩展部分将讨论结构工程师如何利用已知材料数据（如极限拉伸强度、疲劳极限）和保守的断裂参数，对整个构件的剩余寿命进行评估，侧重于寿命预测和风险分析，而非裂纹尖端区域的微观塑性形变。 第二部分：先进材料的非线性本构关系与失效建模 本部分深入探讨材料自身在载荷下的复杂行为，特别是在高应变率和高温条件下的响应，这些是传统线性模型无法捕捉的。 第三章：粘塑性与蠕变行为的本构描述 对于许多工程材料，尤其是在高温服役条件下，时间依赖的变形（蠕变）和粘性效应至关重要。本章详细分析了Norton-Bailey 蠕变本构模型及其在预测长期载荷下的结构演化中的应用。 我们探讨了如何将这些非线性粘塑性本构关系集成到有限元求解器中，重点关注时间步长的选择和计算稳定性。本章的讨论将集中在时间依赖性对宏观承载能力的影响，而非材料屈服准则的局部化效应。 第四章：疲劳裂纹扩展的经验与物理模型 疲劳是结构失效的最主要原因之一。本章将系统梳理疲劳裂纹扩展的经验性关系，如Paris 规律（$da/dN = C(Delta K)^m$），并侧重于探讨应力比 ($R$)、平均应力效应（如Walker修正）对疲劳寿命的影响。 更进一步，本章会介绍基于裂纹闭合理论（Crack Closure）的先进疲劳模型，这些模型通过引入一个“有效应力范围”来解释裂纹在卸载阶段的非完全张开现象，从而更准确地预测中低应力水平下的裂纹扩展速率。这与专注于塑性区尺寸的分析方法形成了鲜明对比。 第四章的延伸：高周疲劳与寿命预测的统计学方法 此扩展部分将讨论在载荷循环次数极高（高周疲劳，HCF）时，材料如何表现出接近弹性的行为，以及如何使用S-N曲线的统计分布（如Weibull分布）来确定特定可靠性水平下的设计寿命。 第三部分：复杂载荷环境下的结构响应与评估 本部分将焦点从材料的本构行为转移到其在真实世界中可能遇到的复杂载荷组合及其对结构整体安全性的影响。 第五章：冲击载荷与动态响应分析 在高速碰撞或爆炸场景中，材料表现出显著的速率敏感性。本章探讨Johnson-Cook 动态材料模型，该模型将应变率、温度软化等因素整合到屈服应力描述中，以模拟材料在极短时间尺度内的行为。 重点分析使用显式动力学有限元（如LS-DYNA或Abaqus/Explicit）求解器来模拟穿透、冲击吸收等过程，强调在这些瞬态分析中，时间积分方案和接触算法的选择至关重要。 第六章：残余应力对结构承载力的影响 制造过程（如焊接、表面处理、热处理）会在结构中引入不可忽略的残余应力场。本章探讨如何测量（如X射线衍射法）和模拟（如焊接热循环分析）这些残余应力的分布。 讨论的核心是：如何将已知的残余应力场作为初始条件叠加到工作载荷分析中，以评估其对疲劳寿命的正向或负向影响，尤其是在结构表面区域。 结论与展望：面向可靠性的工程实践 本书最终将所有元素整合起来，强调现代结构评估的核心在于多尺度、多物理场的耦合分析。我们倡导一种系统性的方法：从宏观的结构完整性评估入手，利用先进的数值工具，结合对材料非线性本构行为的深入理解，最终达成对复杂工程系统安全、经济运行的保证。本书提供的是一套全面的工具箱和思维框架，用于应对那些不局限于单一弹性断裂参数分析的、现实世界的结构挑战。

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