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第一篇 预备篇1

第一章 断裂力学基础简介1

1.1 缺口断裂力学1

1.1.1 缺口敏感性2

1.1.2 应力集中3

1.1.3 应变集中5

1.1.3.1 小范围屈服5

1.1.3.2 整体屈服9

1.2 裂纹断裂力学10

1.2.1 Griffith理论11

1.2.2.1 应力强度因子13

1.2.2 线弹性断裂力学13

1.2.2.2 裂纹扩展力17

1.2.2.3 裂纹长的塑性区校正19

1.2.2.4 断裂判据与断裂韧性21

1.2.3 弹塑性断裂力学22

1.2.3.1 J积分23

1.2.3.2 裂纹尖端张开位移(C.O.D.)26

1.2.3.3 阻力曲线(R曲线)27

1.3 小结29

第二章 三种典型结构金属中的位错组态及其形变特点30

2.1 扩展位错30

2.1.1 F.C.C.结构中的扩展位错31

2.1.2 H.C.P.结构中的扩展位错33

2.1.3 B.C.C.结构中的扩展位错36

2.2 形变的不对称性39

2.3 形变亚结构45

2.3.1 形变机制的微观特征45

2.3.2 胞化现象46

2.4 屈服前形变50

2.5 小结51

第二篇 断裂现象及其宏观理论53

第三章 不同结构金属及合金的断裂现象53

3.1 单相固溶合金的断裂54

3.1.2 B.C.C.结构合金55

3.1.1 F.C.C.结构合金55

3.1.3 H.C.P.结构合金63

3.2 弥散强化合金的断裂64

3.2.1 F.C.C.结构合金65

3.2.2 B.C.C.结构合金65

3.2.3 H.C.P.结构合金67

3.3 有序合金的断裂68

3.3.1 交滑移控制的脆断70

3.3.2 杂技控制的脆断73

3.4 金属间化合物的断裂73

3.5 难熔金属的断裂76

3.5.1 间隙合金元素对断裂的影响77

3.5.2 置换合金元素对断裂的影响78

3.5.3 高温断裂79

3.6 小结81

参考文献82

第四章 断裂的宏观理论83

4.1 断裂方式83

4.2 Griffith理论在金属中的应用86

4.3 断裂过程中裂尖的行为91

4.3.1 裂尖的加工硬化91

4.3.2 裂尖的塑性松弛94

4.4 影响金属断裂行为的外部因素98

4.4.1 受力状态的影响98

4.4.2 形变温度的影响100

4.4.3 形变速度的影响104

4.4.4 试样几何形状的影响106

4.5 小结111

第五章 断口分析112

5.1 常规断口分析112

5.2 分形124

5.2.1 规则分形124

5.2.2 随机分形127

5.3 分形的应用127

5.3.1 实验方法128

5.3.2 研究结果综述128

5.4 小结130

参考文献131

第三篇 断裂的微观理论133

第六章 裂纹的成核与长大133

6.1 单晶中裂纹的成核与长大133

6.1.1 裂纹的成核133

6.1.2 裂纹的长大137

6.2 多晶中裂纹的成核与长大140

6.2.1 裂纹的成核141

6.2.2 裂纹的长大144

6.3 沿晶断裂146

6.4 小结148

参考文献149

第七章 金属中裂纹尖端地区的结构150

7.1 裂纹尖端地区结构的实验观察151

7.1.1 薄膜试样的结果151

7.1.2 大块试样的结果154

7.2 裂纹模型157

7.2.1 弹性裂纹模型157

7.2.2 塑性裂纹模型(BCS模型)159

7.2.3 弹塑性裂纹模型(Ohr模型)161

7.3 小结171

参考文献172

第八章 裂纹的失稳扩展与断裂判据175

8.1 形变的不均匀性与裂纹的失稳扩展175

8.2.1 应力判据177

8.2 断裂判据177

8.2.2 应力强度因子同裂纹扩展力178

8.2.3 J-积分同COD(δ)181

8.2.4 RKR模型181

8.2.5 统计模型184

8.3 小结186

参考文献187

第九章 裂纹的稳态扩展189

9.1 裂纹稳态扩展的力学处理192

9.2 裂纹稳态扩展的位错机制195

9.3 裂纹稳态扩展的原子过程201

9.4 裂纹稳态扩展的动力学及止裂现象209

9.5 小结212

参考文献214

第十章 延性断裂216

10.1 延性断裂现象216

10.1.1 单晶的延性断裂217

10.1.2 多晶的延性断裂217

10.2 形变不稳定性与颈缩221

10.3 影响延性断裂的因素223

10.4 延性断裂的机制与判据228

10.5 小结236

参考文献237

第十一章 金属的延脆转变239

11.1.1 Stroh理论240

11.1 热激活理论240

11.1.2 Petch理论241

11.1.3 无位错Si单晶的最近研究成果242

11.2 临界位错密度理论245

11.3 能量损耗率理论247

11.4 Thomson理论250

11.5 小结251

参考文献252

第四篇 断裂理论的应用255

第十二章 氢脆255

12.1 氢在金属中的固溶度(混乱分布)258

12.2 氢在金属中的扩散与捕获现象261

12.3 不可逆氢脆与可逆氢脆265

12.3.1 不可逆氢脆265

12.3.2 可逆氢脆271

12.4 氢的脆化理论273

12.5 氢原子在金属中的状态277

12.6 小结279

参考文献279

第十三章 蠕变断裂283

13.1 蠕变空洞的成核285

13.2 蠕变空洞的长大290

13.2.1 形变控制模型290

13.2.2 扩散控制模型292

13.2.3 形变与扩散耦合控制模型295

13.3 小结299

参考文献300

第十四章 疲劳断裂302

14.1 低应变疲劳断裂307

14.1.1 F.C.C.结构金属疲劳的位错结构307

14.1.1.1 PSB的形成307

14.1.1.2 疲劳裂纹的成核与长大315

14.1.2 B.C.C.结构金属疲劳的位错结构324

14.1.3 H.C.P.结构金属疲劳的位错结构327

14.1.4 层错能对疲劳位错结构的影响329

14.2 高应变疲劳断裂334

14.3 疲劳断裂理论338

14.3.1 疲劳裂纹扩展速率与△K的关系339

14.3.2 塑性钝化理论(Tomkins理论)340

14.4 短裂纹疲劳341

14.4.1 短裂纹疲劳的特点344

14.4.2 短裂纹的扩展349

14.5 疲劳和蠕变的交互作用354

14.6 小结357

参考文献359

第五篇 非金属材料的断裂365

第十五章 陶瓷材料的断裂365

15.1 完全脆性陶瓷单晶中的裂纹成核、长大同扩展368

15.2 半脆性陶瓷单晶中裂纹的成核、长大同扩展372

15.3 延性陶瓷的断裂379

15.4 影响陶瓷材料断裂因素的讨论380

15.5 脆性陶瓷材料的增韧384

15.6 小结386

参考文献387

第十六章 高分子聚合物的断裂388

16.1 聚合物的结构388

16.1.1 化学结构391

16.1.2 物理结构397

16.2 聚合物的断裂机制400

16.2.1 聚合物断裂的一般特点401

16.2.2 高分子材料的断裂411

16.3 小结415

参考文献416

第十七章 复合材料的断裂417

17.1 长纤维增强的复合材料419

17.2 短纤维增强的复合材料423

17.3 纤维增强复合材料的断裂427

17.4 复合材料中的界面433

17.5 粒子增强的复合材料438

17.6 小结443

参考文献444

结束语446