结构与材料的疲劳 第2版 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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• 断裂力学
• 材料力学
• 结构工程
• 损伤力学
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店铺： 哈尔滨市学府书店图书专营店

出版社： 航空工业出版社

ISBN：9787516504031

商品编码：1294743507

ISBN:9787516504031
内容介绍

本书全面系统地论述了工程结构与材料的疲劳的基本概念、理论基础、分析方法、试验技术和工程应用。分6个部分介绍了恒幅载荷下的疲劳与裂纹扩展、载荷谱与变幅载荷下的疲劳与裂纹扩展、疲劳试验与分散性、特殊疲劳条件、连接接头与结构的疲劳，以及纤维一金属层板的疲劳抗力。并给出了习题和答案以及案例分析，对未来疲劳研究进行了展望。
本书可作为研究生教材，亦可作为本科生选修课教材，并可供航空航天、材料和机械等工程领域的科技人员参考。

目录

第1章 结构与材料的疲劳——引言
1.1关于本书的内容
1.2关于本书的使用
1.3关于本书所附的光盘
参考文献
第1部分 恒幅载荷下的疲劳
第2章 材料中的疲劳现象
2.1 引言
2.2疲劳寿命的不同阶段
2.3裂纹起始
2.4裂纹扩展
2.5关于疲劳机制的更详细论述
2.5.1材料的晶体学本质
2.5.2夹杂处的裂纹起始
2.5.3小裂纹、裂纹扩展阻滞、裂纹扩展门槛
2.5.4裂纹核的数量
2.5.5表面影响
2.5.6宏观裂纹扩展与疲劳条纹
2.5.7环境影响
2.5.8循环拉伸和循环扭转
2.6疲劳断裂的特征
2.6.1微观特征
2.6.2宏观特征
2.7本章要点
参考文献
第2部分 载荷谱与变幅载荷下的疲劳
第3部分 疲劳试验与分散性
第4部分 特殊疲劳条件
第5部分 连接接头与结构的疲劳
第6部分 纤维—金属屋板的疲劳抗力

《结构与材料的疲劳：深入探索材料在循环载荷下的性能与设计考量》 图书简介 本书《结构与材料的疲劳：深入探索材料在循环载荷下的性能与设计考量》并非一本直接介绍“结构与材料的疲劳”这一特定书籍的书籍。相反，它是一部关于工程领域中至关重要的“材料疲劳”这一科学概念的独立、详尽的研究专著。本书旨在为工程师、研究人员、材料科学家以及对结构可靠性有深入了解需求的各界人士，提供一个全面、系统且富有洞察力的知识体系。我们将从宏观的结构行为，逐步深入到微观的材料机制，勾勒出材料在反复应力作用下从萌生损伤到最终失效的完整生命周期，并在此基础上，探讨如何通过科学的设计和先进的材料选择，显著提升结构件的耐久性和安全性。 第一篇：疲劳现象的本质与宏观表征 本篇将为读者构建对疲劳现象的整体认知。我们将从工程实践中常见的疲劳失效案例出发，阐述疲劳并非单一事件，而是材料在经历多次载荷循环后，逐渐累积损伤，最终导致灾难性失效的过程。 第一章：疲劳失效的普遍性与工程意义 我们将回顾历史上及现代工程中具有里程碑意义的疲劳失效事件，例如航空器的早期设计缺陷、桥梁结构的突然断裂、以及旋转机械部件的早期损耗等。这些案例将生动地揭示疲劳问题对结构安全、经济效益以及社会影响的深远意义。 在此基础上，我们将明确定义“疲劳”的概念，区分其与静载荷失效、冲击失效等其他失效模式的区别。我们将强调疲劳失效的几个关键特征：低应力水平下的发生、材料性能的突然下降、以及缺乏明显的宏观塑性变形迹象。 工程设计中对疲劳的考量，不仅仅是满足强度要求，更重要的是要预测并控制结构件在预期工作寿命内的可靠性，从而实现经济高效且安全可靠的设计。 第二章：应力、应变与疲劳行为的基础 本章将深入探讨应力与应变在疲劳过程中的作用。我们将回顾材料力学中的基本概念，包括弹性变形、塑性变形、以及应力-应变曲线。 我们特别关注在循环载荷作用下，材料内部产生的应力-应变关系，包括应力幅、应变幅、应力比（R值）以及平均应力等关键参数。我们将解释这些参数如何直接影响材料的疲劳寿命。 通过详细的图表和数据分析，我们将展示不同材料在不同应力-应变条件下的循环响应，例如循环硬化、循环软化以及稳定循环行为。读者将了解到，理解和量化这些循环行为是进行疲劳分析的基础。 第三章：S-N曲线（应力-寿命曲线）的构建与应用 S-N曲线是评估材料疲劳性能最基础也是最重要的工具之一。本章将详述S-N曲线的实验测定方法，包括旋转弯曲疲劳试验、轴向拉-压疲劳试验等。 我们将详细解析S-N曲线的形状特征，包括高周疲劳区（HCF）、低周疲劳区（LCF）以及疲劳极限（或疲劳强度）的概念。对于不同材料体系（如金属、聚合物、陶瓷复合材料）的S-N曲线特点，我们将进行对比分析。 本书将强调S-N曲线的统计学意义。疲劳寿命具有固有的离散性，因此S-N曲线的绘制需要进行大量的试验数据统计分析，以获得可靠的设计准则。我们将介绍基于概率的疲劳寿命预测方法，以及如何利用S-N曲线进行工程设计，例如确定结构件的许用应力或预期的寿命。 第四章：裂纹萌生与扩展的宏观观测 本章将着重于从宏观层面观察疲劳失效过程中的关键阶段——裂纹的萌生与扩展。我们将介绍使用金相显微镜、扫描电子显微镜（SEM）等先进成像技术，对疲劳断口的形态进行细致观察。 我们将分析典型的疲劳断口特征，包括“海滩纹”（beach marks）和“条痕”（striations）等，这些纹理清晰地记录了裂纹在不同载荷周期下的进展过程。我们将解释如何通过这些宏观特征来判断材料的失效原因和大致寿命。 本章还将初步介绍疲劳裂纹扩展的速率和行为，为后续深入探讨微观机制和断裂力学奠定基础。 第二篇：疲劳损伤的微观机制与断裂力学 本篇将进一步深入到材料的微观世界，揭示疲劳损伤发生的根本原因，并引入先进的断裂力学理论来定量分析裂纹的扩展。 第五章：微观尺度下的疲劳损伤机制 我们将探讨在原子、晶粒和亚晶层面，应力集中如何导致局部区域的塑性变形。我们将详细阐述位错的运动、增殖和交互作用在疲劳损伤累积中的核心作用。 本章将重点介绍位错缠结、空位产生、以及相界面的滑移等微观机制，它们是疲劳裂纹萌生的源头。我们将结合显微组织学分析，展示不同材料在循环加载下的微观损伤演变过程。 对于合金材料，我们将分析相变、晶界滑移以及夹杂物等微观结构特征对疲劳性能的影响，并探讨如何通过材料的微观设计来提高抗疲劳能力。 第六章：疲劳裂纹萌生理论 本章将系统介绍疲劳裂纹萌生的各种理论模型。我们将从表面缺陷、微观裂纹源（如夹杂物、滑移带不协调滑移）等角度，阐述裂纹是如何在应力集中点处开始形成。 我们将分析表面光洁度、表面处理（如喷丸、滚压）以及材料表面状态对裂纹萌生速率的影响。 我们将介绍一些预测裂纹萌生寿命的模型，例如基于临界应变准则、临界能量准则等，并讨论这些模型的局限性。 第七章：断裂力学在疲劳裂纹扩展中的应用 本章将引入断裂力学的基本原理，特别是线弹性断裂力学（LEFM）。我们将阐述应力强度因子（K）的概念，以及它如何表征裂纹尖端的应力状态。 我们将详细介绍疲劳裂纹扩展的Paris定律，即裂纹扩展速率（da/dN）与应力强度因子幅（ΔK）之间的幂律关系。我们将解释Paris定律的物理意义，以及其在预测疲劳寿命中的重要作用。 本书将讨论影响裂纹扩展速率的关键因素，包括应力比（R）、载荷频率、环境因素（如腐蚀疲劳）以及材料的微观结构。我们将提供丰富的实验数据和实例，来说明如何利用断裂力学来定量分析和预测疲劳裂纹的扩展过程。 第八章：疲劳裂纹扩展的阶段性特征与断裂韧性 我们将进一步细分疲劳裂纹的扩展过程，将其划分为萌生期、稳定扩展期（Paris区）和加速扩展期。我们将分析每个阶段的微观机制和力学行为。 本章将引入断裂韧性（KIC）的概念，并阐述它与疲劳裂纹扩展的相互关系。我们将分析当裂纹尺寸达到临界值时，可能发生的瞬态断裂（快断）。 我们还将探讨在低周疲劳（LCF）条件下，塑性变形对裂纹扩展的影响，并介绍塑性断裂力学（PFM）的基本思想。 第三篇：影响疲劳性能的关键因素与设计策略 本篇将聚焦于工程实践中影响材料疲劳性能的各种因素，并在此基础上，提出系统化的设计策略和失效分析方法。 第九章：材料性能对疲劳寿命的影响 我们将深入分析不同材料体系（如高强度钢、铝合金、钛合金、镁合金、复合材料、高分子材料）在疲劳载荷下的行为差异。我们将讨论合金元素、热处理、显微组织（晶粒度、相分布、第二相粒子）等因素如何影响材料的疲劳极限、疲劳强度和断裂韧性。 对于非金属材料，如聚合物和复合材料，我们将分析其独特的疲劳机理，包括链断裂、界面脱粘、纤维断裂等。 本书还将介绍疲劳性能的评估方法，如显微硬度测试、无损检测技术等。 第十章：载荷特性对疲劳行为的影 本章将详细探讨不同载荷类型（如拉-压、弯曲、扭转）对材料疲劳性能的影响。我们将分析加载模式对局部应力集中的影响，以及由此产生的疲劳损伤累积差异。 我们将深入研究循环载荷的幅值、频率、以及加载波形（如正弦波、方波、锯齿波）对疲劳寿命的影响。例如，高频率加载可能导致热累积效应，从而影响疲劳寿命。 对于复杂载荷序列，如随机载荷和变幅载荷，我们将介绍累积损伤理论（如Miner线性损伤法则）及其应用，并讨论其局限性。 第十一章：环境因素对疲劳性能的影响 本章将重点关注环境对材料疲劳性能的影响，特别是腐蚀疲劳。我们将详细阐述电化学腐蚀、化学腐蚀、氧化等环境因素如何加速疲劳裂纹的萌生和扩展。 我们将分析不同材料在不同环境介质（如水、海水、酸、碱、高温气体）中的腐蚀疲劳行为。 本书将介绍缓解环境影响的措施，例如材料表面防护、涂层技术、以及环境控制等。 第十二章：结构设计与疲劳可靠性 本章将回归到工程设计的层面，系统阐述如何通过合理的结构设计来提高构件的抗疲劳性能。我们将重点讨论以下方面： 应力集中控制： 如何通过圆角过渡、避免尖角、优化截面形状等手段，降低应力集中系数，延缓裂纹萌生。 表面处理技术： 介绍喷丸、滚压、表面热处理等技术在提高表面残余应力、改善表面粗糙度方面的作用。 材料选择与优化： 基于对材料疲劳性能的深入理解，如何选择最适合特定工况的材料。 疲劳寿命预测与验证： 如何结合理论计算、数值模拟（如有限元分析）和实验验证，对结构件的疲劳寿命进行可靠预测。 失效分析与改进： 在结构件发生疲劳失效后，如何通过系统的失效分析，找出失效原因，并提出改进设计或工艺的建议。 第十三章：先进的疲劳评估技术与未来展望 本章将介绍一些当前和未来的先进疲劳评估技术，包括： 无损检测（NDT）技术： 如超声波检测、涡流检测、X射线检测、荧光渗透检测等，在疲劳裂纹早期检测中的应用。 数字图像相关（DIC）技术： 在疲劳试验中实时监测表面变形和裂纹扩展。 多尺度模拟与多物理场耦合： 将微观模拟与宏观有限元分析相结合，实现更精确的疲劳预测。 智能材料与自修复材料： 探讨新型材料在提升疲劳寿命方面的潜力。 最后，本书将展望疲劳研究的未来发展方向，包括对复杂载荷、复杂材料体系、极端环境条件下的疲劳行为的深入研究，以及如何构建更具鲁棒性和可靠性的疲劳设计标准。 本书旨在为读者提供一个扎实、全面且具有前瞻性的疲劳知识体系。通过对理论、实验、以及工程应用的深入探讨，我们希望能够帮助工程师更好地理解材料在循环载荷下的行为，做出更安全、更可靠、更经济的设计决策，从而为现代工程的发展贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙事风格非常严谨且具有逻辑性，读起来虽然需要集中精力，但每一步推导都像是精心铺设的阶梯，引导读者稳步攀登。我此前对疲劳断口分析的理解比较碎片化，停留在简单区分韧性区和脆性区。然而，书中对疲劳辉纹（Beach Marks）形成机理的深入探讨，以及如何通过分析断口形貌来反推载荷历史和环境因素，简直是一堂生动的法医鉴定课。它详细区分了不同加载模式（拉伸、压缩、扭转以及复合加载）下裂纹扩展的特征，并且提供了大量的实际案例分析，这些案例并非教科书式的简化模型，而是包含复杂几何形状和边界条件的真实问题。对于研究生来说，这本书无疑是准备高水平学术报告和进行工程项目研究的绝佳参考。它教会的不仅是“如何计算”，更是“为什么这样计算”，这种对基本原理的深刻把握，是任何软件模拟都无法替代的。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书，我感觉自己对材料科学的理解上升到了一个新的维度。它不像某些教科书那样，把疲劳现象当成一个孤立的力学问题来处理。这本书的视角非常宏大，它将冶金学、表面工程学与结构力学紧密地结合了起来。例如，书中详尽地分析了残余应力、表面粗糙度以及环境腐蚀（如应力腐蚀疲劳）是如何显著加速疲劳损伤的。我尤其对它阐述的“微观裂纹萌生”那一章印象深刻，作者没有回避复杂的晶体学和微观结构特征，而是清晰地解释了位错运动和晶界滑移如何成为疲劳起始点。这种跨学科的整合能力，使得这本书的深度远超同类书籍。它甚至涉及到了先进复合材料和增材制造金属部件的疲劳特性，这些都是当前工业界面临的热点和难点。阅读过程中，我常常需要停下来，结合自己实验中观察到的晶界断裂形貌去印证书中的理论，收获颇丰。对于结构设计人员来说，了解这些“幕后”的材料行为，才能真正设计出服役寿命可靠的部件。

评分☆☆☆☆☆

这本书的价值远超其定价，特别是对于从事航空航天、桥梁或压力容器等高可靠性领域的设计师来说。我最欣赏的是它对于实验技术和数值模拟的结合所付出的努力。书中清晰地介绍了各种疲劳测试方法，比如轴向拉压测试、扭转测试以及旋转弯曲测试的设备差异和数据解读要点。更重要的是，它将有限元分析（FEA）的结果如何有效地桥接到实际的疲劳寿命预测中进行了细致的阐述，特别是如何处理边界层效应和网格密度对局部应力奇异性的影响。它提醒读者，数值模拟的结果必须经过疲劳准则的检验才能投入使用。这种强调理论指导实践、实践反哺理论的闭环思考模式，是这本书最核心的魅力所在，让我每一次重读都有新的启发和感悟。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是工程力学领域的瑰宝！我最近在研究复杂结构在长期载荷下的失效机制，手头上的参考资料总是停留在基础理论层面，缺乏对实际应用中材料疲劳行为的深入剖析。这本《结构与材料的疲劳 第2版》恰如一场及时雨。它不仅仅罗列了传统的S-N曲线和Basquin关系，更深入探讨了断裂韧性在疲劳裂纹扩展分析中的应用，特别是关于应力强度因子范围对裂纹萌生和扩展速率的影响，阐述得非常透彻。作者的图表绘制极其精良，复杂的本构关系和多轴疲劳准则在图示下变得异常直观。对于像我这样需要进行严谨的寿命预测和结构可靠性评估的工程师来说，书中关于随机载荷下疲劳损伤累积的Miner法则的修正版本以及基于能量法的疲劳评估方法，提供了极为宝贵的计算工具和理论支撑。我特别欣赏它对高周疲劳和低周疲劳区域的衔接处理，不再是简单的割裂，而是用统一的框架去理解材料在不同载荷幅值下的响应差异。这本书无疑是为那些不满足于表面知识，渴望掌握疲劳分析核心技术的人士量身定做的深度学习资料。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，这本书的难度是毋庸置疑的，它不是那种可以轻松翻阅的“速成指南”。但正因为其深度和广度，它才显得如此珍贵。我发现它在处理疲劳寿命预测模型时，展现出了极大的包容性。它系统地回顾了从早期基于经验的模型到现代基于物理的损伤模型的发展脉络。例如，它对比了线性累积模型和非线性累积模型的适用范围，并详细介绍了粘塑性本构模型在低周疲劳分析中的应用。对于结构工程师而言，如何选择最适合自己项目特点的疲劳评估方法至关重要，这本书正好提供了全面的对比框架和选择依据。它没有简单地推荐某一个“万能”公式，而是强调了模型选择的合理性取决于材料状态、载荷类型和所需的精度等级。这种审慎和客观的态度，使得这本书的结论更具说服力和指导性。