第1章緒論(1)

1.1斷裂力學理論及其發展應用(1)

1.1.1線彈性斷裂力學理論(1)

1.1.2彈塑性斷裂力學理論(2)

1.2結構止裂研究簡介(3)

1.3損傷容限設計(4)

思考題(5)

參考文獻(5)

第2章裂紋尖端的應力和位移(6)

2.1裂紋的基本類型(6)

2.2彈性理論基礎(7)

2.2.1彈性力學的基本方程(7)

2.2.2平面問題的應力函數(9)

2.2.3平面問題的復變函數解(10)

2.3典型裂紋尖端的應力場和位移場(10)

2.3.1Ⅰ型裂紋的應力場和位移場(11)

2.3.2Ⅱ型裂紋的應力場和位移場(15)

2.3.3Ⅲ型裂紋的應力場和位移場(16)

思考題(18)

參考文獻(18)

第3章應力強度因子(19)

3.1裂紋應力強度因子(19)

3.1.1 KⅠ疊加原理及應力場疊加原理(20)

3.1.2無限大板Ⅰ型裂紋應力強度因子(22)

3.1.3無限大平板Ⅱ、Ⅲ型裂紋問題應力強度因子(27)

3.2復合型裂紋應力強度因子的計算(29)

3.2.1復變應力函數的普遍形式(29)

3.2.2Ⅰ、Ⅱ型復合裂紋問題應力強度因子的表達式(31)

3.3有限寬板穿透裂紋應力強度因子(34)

3.3.1威廉氏（Williams）的應力函數和應力公式(34)

3.3.2K的計算式(36)

3.3.3借用無裂紋邊界條件(邊界應力)求繫數Dj(37)

3.3.4三點彎曲和緊湊拉伸試樣KⅠ的表達式(38)

3.4實際裂紋的近似處理及疊加原理應用(39)

3.4.1缺陷群的相互作用(40)

3.4.2實際裂紋的安全處理(42)

3.4.3鉚釘孔邊雙耳裂紋的KⅠ(44)

3.4.4旋轉葉輪(或軸)內孔端裂紋的KⅠ(45)

3.5塑性區及其修正(49)

3.5.1塑性區的形狀和大小(49)

3.5.2裂紋尺寸(54)

3.5.3應力強度因子計算(55)

3.6含裂紋體的能量分析(58)

3.6.1裂紋擴展的能量釋放率G(58)

3.6.2G和K的關繫(61)

思考題(64)

參考文獻(64)

第4章CTOD原理及其判據(66)

4.1CTOD基本概念(66)

4.2小範圍屈服條件下的CTOD(67)

4.3Dugdale模型(68)

4.4CTOD計算公式(69)

4.4.1裂紋尖端塑性區長度(69)

4.4.2裂紋尖端張開位移(70)

思考題(73)

參考文獻(73)

第5章材料斷裂韌度測試原理和方法(74)

5.1斷裂韌度(74)

5.1.1斷裂韌度的基本原理(75)

5.1.2裂紋擴展的能量理論(75)

5.2平面應變斷裂韌度KⅠC的測試(77)

5.2.1測量KⅠC的原理(78)

5.2.2試樣和試驗裝置(79)

5.2.3試驗程序(81)

5.2.4試驗結果處理和KⅠC有效性判斷(82)

5.2.5測試低溫斷裂韌度KⅠC(83)

5.3表面裂紋斷裂韌度KⅠe的測試(85)

5.3.1測試原理和方法(86)

5.3.2試樣預制及拉斷(87)

5.3.3KⅠe有效性判斷及應用(88)

5.4平面應力斷裂韌度KC的測試(89)

5.4.1COD法(89)

5.4.2R曲線法(91)

5.5臨界裂紋尖端張開位移δc的測試(92)

5.5.1測試原理和方法(93)

5.5.2Vc和δc的換算關繫(93)

5.5.3臨界點的確定(94)

5.5.4確定起裂點的電位法(95)

5.6裂紋擴展速率da/dN的測試(96)

5.6.1疲勞裂紋擴展特性(96)

5.6.2測試da/dN的原理(98)

5.6.3測試裂紋長度a的一些方法(100)

5.6.4試驗程序(104)

思考題(107)

參考文獻(107)

第6章J積分原理及其判據(108)

6.1J積分的定義(108)

6.2J積分的守恆性(109)

6.2.1計算沿閉合回路Γ的J積分(109)

6.2.2計算沿任意閉合回路的J積分(110)

6.3線彈性狀態下J積分與能量釋放率、應力強度因子的關繫(110)

6.3.1J積分與能量釋放率的關繫(110)

6.3.2J積分與應力強度因子的關繫(112)

6.4J積分和CTOD的關繫(113)

6.5J積分準則(114)

6.6J積分的測試和臨界性(114)

6.7J積分與彈塑性斷裂力學的發展(116)

思考題(117)

參考文獻(117)

第7章復合材料板斷裂(118)

7.1各向異性線彈性體本構關繫(118)

7.2二維各向異性材料的Stroh理論(119)

7.3平面應變問題的Lekhnitskii理論(121)

7.4界面裂紋的應力強度因子(122)

7.4.1Dundurs參數(123)

7.4.2界面裂紋的應力強度因子(124)

7.5多材料板界面端彎曲斷裂參數計算的辛離法(125)

7.5.1含V形切口多材料板彎曲的哈密頓體繫(125)

7.5.2辛離方程(130)

7.5.3數值算例(132)

思考題(141)

參考文獻(141)

第8章加筋板結構斷裂止裂分析(142)

8.1有限加筋板的線彈性斷裂分析(142)

8.1.1彈性力學控制方程(142)

8.1.2線彈性裂紋問題的復應力函數(143)

8.1.3邊界配置方法求解含中心裂紋有限板的問題(147)

8.1.4有限加筋板應力強度因子的分析與計算(149)

8.2局部加強無限大板的線彈性斷裂及止裂分析(155)

8.2.1含裂紋無限大板的應力和位移復變函數表達(155)

8.2.2考慮加強腹板橫向剛度時裂紋板應力強度因子的分析與計算(157)

8.2.3不考慮加強腹板橫向剛度時裂紋板應力強度因子的分析與計算(170)

思考題(173)

參考文獻(173) 

前言

結構或材料中不可避免地存在類似於裂紋的缺陷，這些缺陷或是結構材料中固有的，或是制造加工過程中形成的，也可能是結構運行過程中由於疲勞而產生的，裂紋擴展引起結構斷裂破壞。隨著工業技術的發展，容器、管道及各種平臺結構中部件的斷裂現像頻繁發生，造成大量人員傷亡和經濟財產損失。

斷裂力學作為固體力學的一個分支，研究裂紋起始與擴展的力學模型，建立控制裂紋擴展的力學判據。近幾十年來，斷裂力學迅速發展，隨著斷裂力學研究成果在各工程領域的應用，各種因斷裂而引起的惡性事故大大減少，對保證結構安全起到了非常重要的作用。因此，對工科專業學生普及斷裂力學知識是十分必要的。

工程中的斷裂破壞是非常復雜的，涉及影響裂紋擴展的各種因素，而對斷裂問題的研究和分析同樣具有復雜性。在斷裂力學教材中引入實例分析，結合科研工作成果，聯繫實際工程中的斷裂問題進行授課，理論結合實際，能讓學生深入理解斷裂破壞的方式及其相應的力學機理，了解斷裂力學研究的思路和方法，培養學生解決實際問題的能力。

除第1章緒論外，本書包含兩部分內容，部分（第2~6章）為基礎理論篇，包括裂紋尖端的應力場和位移場、應力強度因子、CTOD原理及其判據、材料斷裂韌度測試原理和方法、J積分原理及其判據；第二部分（第7、8章）為工程應用篇，包括復合材料板斷裂、加筋板結構斷裂止裂分析。具體撰寫分工如下：第1章緒論由姜翠香撰寫，第2章由鄭華升撰寫，第3章由何理撰寫，第4章由姜翠香、餘剛、王難爛撰寫，第5章由蔣培撰寫，第6章由張威撰寫，第7章由徐旺撰寫，第8章由姜翠香撰寫。全書由姜翠香、徐旺統稿。

在本書出版之際，謹向為本書編寫提供支持與幫助的蔡路軍、曾國偉等老師表示衷心的感謝！碩士研究生邵濱參與了部分繪圖工作，一並致以誠摯的謝意！

本書獲武漢科技大學研究生院教材專項經費資助，在此表示衷心的感謝！

在本書編寫過程中我們參閱了有關文獻，在此對這些文獻的作者表示感謝!

由於水平有限，書中難免存在錯誤和不妥之處，敬請讀者批評指正！



編者