Fundamentals of Fracture Mechanics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Kundu, Tribikram

出品人:

页数:304

译者:

出版时间:2008-1

价格:$ 112.94

装帧:

isbn号码:9780849384325

丛书系列:

图书标签:

• Fracture Mechanics
• Solid Mechanics
• Materials Science
• Engineering Mechanics
• Mechanical Engineering
• Structural Integrity
• Failure Analysis
• Crack Propagation
• Stress Analysis
• Materials Strength

理论与应用中的裂纹扩展：现代断裂力学核心概念与前沿探索 图书名称： 理论与应用中的裂纹扩展：现代断裂力学核心概念与前沿探索 作者： [请在此处填写作者姓名或单位] 出版年份： [请在此处填写年份] --- 绪论：理解材料失效的复杂性 材料的韧性与强度，是工程结构安全与耐久性的基石。然而，在实际应用中，材料内部微观缺陷的累积和扩展，特别是裂纹的萌生与失稳扩展，是导致灾难性失效的主要原因。本书并非聚焦于经典的基于能量或应力强度的断裂力学基础理论（如应力强度因子、弹塑性断裂韧性等），而是深入探讨裂纹扩展过程中的先进现象学、多尺度耦合机制以及非经典断裂行为。 本书的结构旨在为具备一定材料科学或固体力学背景的研究人员、高级工程师和研究生提供一个超越基础框架的视角，着重分析在极端载荷条件、复杂环境影响下，裂纹如何演化，以及如何通过先进的数值模拟和实验技术进行精确预测。 第一部分：裂纹扩展的微观与介观机制 本部分着眼于将宏观裂纹扩展现象与材料内部的微观结构活动关联起来，探讨驱动裂纹前进的根本物理过程。 第一章：裂纹尖端场的非线性与高应变率效应 传统的线性弹性断裂力学（LEFM）在处理高应变能释放率或高屈服强度材料时失效。本章详细分析了裂纹尖端应力场在大变形与小撕裂（Small Scale Yielding, SSY）条件下的精确描述。重点讨论了J积分的修正理论，特别是针对几何非线性和材料硬化行为的准确积分方法。此外，探讨了在冲击载荷或高速撞击中，材料动态响应如何影响裂纹扩展速率，引入了高应变率断裂韧性标度律。 第二章：多相材料中的裂纹路径选择与偏离 工程结构中普遍存在复合材料、颗粒增强金属或焊接接头等不均匀材料。本章专注于研究界面脱粘（Debonding）与裂纹分支（Crack Branching）。分析了在不同材料刚度对比下，裂纹如何选择穿过基体、绕过或穿过多相界面。引入了基于界面能量释放率的概念，并探讨了准静态条件下裂纹尖端偏离平面应力状态的临界条件，结合有限元模拟，展示了三维裂纹偏转的拓扑结构。 第三章：疲劳裂纹的增量扩展与累积损伤模型 疲劳是导致结构在远低于静态极限强度下失效的主要机制。本书的重点在于低周疲劳（LCF）和高周疲劳（HCF）下的裂纹萌生与扩展的耦合模型。详细分析了Vaclavik-Newman模型的局限性，并引入了基于局部应变累积的扩展法则。特别讨论了应力历史效应（如应变应厦与残余应力）对后续疲劳裂纹扩展速率的影响，以及如何利用周期性载荷下的瞬态塑性区演化来校正Paris-Erdogan定律的常数。 第二部分：环境影响与耦合效应 材料的服役环境——温度、介质腐蚀和载荷频率——对裂纹扩展的速率和路径有着决定性的影响。本部分探讨了这些耦合作用的物理机制。 第四章：腐蚀疲劳与应力腐蚀开裂（SCC）的协同作用 腐蚀环境极大地加速了疲劳裂纹的扩展。本章区分了腐蚀疲劳（CF）和应力腐蚀开裂（SCC）的物理机理。深入探讨了在SCC中，化学介质如何通过阳极溶解、氢致脆化或吸收机制降低裂纹尖端的局部韧性。建立了电化学参数与裂纹扩展速率的定量关系模型，特别是针对在特定pH值和电位下，裂纹扩展速率的峰值现象。 第五章：高温蠕变与断裂的耦合 在高温服役条件下，材料发生蠕变，这使得断裂行为由弹性/塑性转变为粘性流动主导。本章关注蠕变-疲劳-断裂（Creep-Fatigue-Fracture）的交互作用。详细介绍了二次蠕变阶段裂纹扩展的C断裂参数的适用性，以及如何通过时间-温度参数（如Larson-Miller参数）来外推高温下的裂纹扩展规律。重点分析了裂纹尖端由于蠕变松弛而在尖端形成“钝化区”的现象及其对有效应力集中程度的影响。 第六章：辐射损伤与裂纹扩展（针对核材料） 对于承受高能粒子辐照的材料（如反应堆容器或结构部件），原子位移损伤会显著改变材料的力学性能，特别是对韧性-脆性转变温度（DBTT）的提升。本章研究了辐射诱发的位错束缚和微空洞形成如何影响裂纹起始和扩展所需的能量。探讨了辐照硬化材料中的裂纹扩展韧性测试方法，以及如何将损伤演化方程耦合到传统的断裂力学框架中进行预测。 第三部分：先进数值模拟与实验表征 精准预测复杂裂纹行为依赖于先进的计算工具和高分辨率的表征技术。 第七章：无网格方法与可扩展性模拟 传统的有限元方法在处理裂纹尖端自由边界和材料突然断裂时需要复杂的网格重划分技术。本章介绍了扩展有限元方法（XFEM）在裂纹路径模拟中的优势，特别是其处理非连续性的能力。同时，探讨了光滑粒子流体动力学（SPH）或离散元法（DEM）在模拟材料粒化和宏观断裂中的应用，重点讨论了如何校准这些方法的内部参数以重现实验观测到的裂纹形态。 第八章：三维裂纹演化的同步多尺度成像 为验证和修正模型，需要对裂纹扩展过程进行实时、高分辨率的监测。本章详细介绍了同步辐射X射线断层扫描（SR-CT）在跟踪内部裂纹萌生、扩展和合并中的应用。重点讨论了如何利用数字图像相关（DIC）技术结合三维断层扫描数据，实时获取裂纹尖端周围的全场应变分布和塑性区尺寸，从而为J-R曲线的建立提供更为精细的物理基础。 第九章：断裂过程区的量化与结构完整性评估 本书的最终目标是将理论和模拟成果转化为可靠的工程评估标准。本章探讨了断裂过程区（Fracture Process Zone, FPZ）的量化难题。分析了基于断裂能量密度积分的方法，用于评估韧性材料中FPZ的平均尺寸和强度。最后，结合概率失效理论（Probabilistic Fracture Mechanics），讨论了如何将材料的随机缺陷分布、载荷不确定性以及模型误差纳入结构完整性评估，从而为制定合理的寿命预测和安全裕度提供指导。 --- 本书特色： 面向前沿： 聚焦于经典断裂力学无法完全解释的复杂耦合问题。 理论与实践并重： 详细阐述了微观机制与宏观现象之间的定量联系。 方法论深入： 涵盖了XFEM、SPH等先进模拟技术以及同步辐射成像等高端实验手段。 本书旨在成为研究人员深入理解和解决非线性、多物理场耦合条件下的裂纹扩展问题的权威参考资料。

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