●前言
第1章 預備知識 1
1.1 連續體模型與真實材料的區別 1
1.2 工程結構失效評價的一般性步驟 3
1.3 材料的變形特性和強度特性 4
1.4 結構和材料的失效形式 6
1.5 材料失效準則的一般形式 8
1.6 危險點理論 10
1.7 安全繫數與許用應力 12
1.8 工程材料和理想材料 13
1.9 建立失效準則的方法論 16
1.10 結構材料的失效準則與可靠性 18
1.11 材料損傷的概念 20
思考題 25
第2章 材料失效機理與連續體失效假定 26
2.1 材料的變形機理 26
2.2 晶體材料破壞的微觀機理 27
2.2.1 晶體結構 27
2.2.2 多晶材料的失效形式與機理 29
2.3 韌性材料拉伸應力應變曲線的奧秘 33
2.3.1 加、卸載曲線為什麼會不同 34
2.3.2 何謂屈服點 35
2.3.3 塑性變形可以用局部位錯結構表征嗎 36
2.3.4 拉伸極限處微觀結構究竟發生了什麼變化 36
2.3.5 斷裂應變*是常數嗎 38
2.4 其他材料失效機制簡介 38
2.4.1 非晶材料 38
2.4.2 復合材料 39
2.5 微觀失效機理的宏觀表征和失效條件 41
2.5.1 主剪應力極限假定 41
2.5.2 優選主應力極限假定 42
2.5.3 晶體材料的三種失效機理、三種強度特性 43
2.6 連續體失效假定和失效準則 43
2.6.1 等傾面剪應力極限假定 44
2.6.2 畸變能極限假定 45
2.6.3 裂紋斷裂的連續體失效假定 46
2.6.4 Griffith假定 48
2.6.5 經驗失效準則 49
2.7 延時失效及其損傷機理、演化律 49
2.7.1 延時斷裂機理 49
2.7.2 損傷累積機理及損傷演化律 51
2.8 應力三軸度及其對材料失效形式的影響 53
2.8.1 應力三軸度與失效形式 54
2.8.2 橢圓孔的三軸度 56
2.8.3 裂尖的三軸度 59
2.9 特征長度的概念 63
思考題 68
第3章 脆性材料的失效準則和壽命 69
3.1 內摩擦的概念 69
3.2 脆性破壞機理和失效準則 70
3.3 單軸拉伸、壓縮試驗綜述 71
3.4 莫爾-庫侖經驗準則 73
3.5 復雜應力狀態下的破壞準則 74
3.5.1 經驗準則 74
3.5.2 唯像準則 75
3.5.3 基於失效機理的一般性失效準則 77
3.6 脆性材料中裂紋的斷裂準則 84
3.7 脆性材料的靜態疲勞 90
3.8 脆性材料的疲勞壽命評價 93
附錄 遠場壓剪應力時的Ⅱ型裂尖奇異性 94
思考題 95
第4章 韌性材料的失效準則 96
4.1 塑性變形的強化與弱化效應 96
4.2 韌性材料的失效形式 100
4.3 屈服準則 102
4.4 塑性失效準則 103
4.4.1 塑性屈服域失效準則 103
4.4.2 應力集中點的塑性失效條件 103
4.4.3 彈塑性靜強度校核方法 105
4.4.4 塑性極限準則 105
4.5 韌性材料中的裂紋斷裂準則 106
4.6 應力疲勞失效準則 109
4.6.1 交變應力的正確表征方法 110
4.6.2 疲勞壽命計算方法 111
4.6.3 疲勞準則 114
4.6.4 壓縮平均應力下的疲勞 115
4.7 應變疲勞失效準則 116
4.8 高低頻混合疲勞壽命評價方法 119
4.9 裂紋的疲勞擴展準則 120
4.10 結構疲勞壽命的可靠性設計方法及損傷容限 126
4.10.1 結構材料疲勞特性及初始損傷的獲取 127
4.10.2 結構材料離散性的確定 127
4.10.3 規定可靠度要求下的初始損傷確定 128
4.10.4 計算規定可靠度下的疲勞壽命 129
4.11 結構危險點應力譜的循環穩定行為 131
4.12 超長壽命時的損傷演化 132
思考題 134
第5章 界面失效機理與準則 135
5.1 界面與界面相 135
5.1.1 經典界面模型 136
5.1.2 黏聚力模型(彈簧模型) 136
5.1.3 接近界面模型 137
5.2 結合殘餘應力 141
5.3 界面靜態破壞的經驗和唯像失效準則 143
5.3.1 經驗準則 143
5.3.2 唯像準脆性界面破壞準則 144
5.3.3 內聚力強度模型 146
5.4 基於破壞機理的界面失效準則 147
5.4.1 三種失效形式 147
5.4.2 拉剪界面 149
5.4.3 界面相有面內應力時的拉剪界面 151
5.4.4 壓剪界面 154
5.4.5 界面相有面內應力時的壓剪界面 155
5.5 韌性界面失效準則 157
5.6 界面奇點處的破壞準則 159
5.7 界面裂紋的破壞準則 161
5.7.1 能量釋放率準則 163
5.7.2 經驗破壞準則 164
5.7.3 唯像準則 164
5.7.4 基於界面相失效機理的破壞準則 166
5.8 界面疲勞準則及壽命 167
5.8.1 經驗規律 167
5.8.2 基於界面相材料疲勞的失效準則 168
5.8.3 界面的靜態疲勞 170
5.8.4 界面疲勞與界面裂紋疲勞擴展規律的統一 170
5.8.5 具有任意奇異性應力奇點的界面疲勞 172
思考題 174
第6章 復合材料的失效準則 175
6.1 復合材料的失效形式和機理 175
6.2 復合材料的名義應力分析方法 179
6.3 經驗和唯像失效準則 186
6.3.1 各向異性均質材料的失效準則 186
6.3.2 平面應力狀態下的失效準則 187
6.3.3 Tsai-Wu準則 187
6.4 纖維增強復合材料的名義、局部應力和細觀應力 189
6.4.1 軸向名義應力下的局部應力、細觀應力 191
6.4.2 橫向名義應力下的局部應力、細觀應力 193
6.4.3 增強面受剪時的局部應力、細觀應力 194
6.4.4 橫截面受剪時的局部應力、細觀應力 194
6.5 多向增強及細觀應力分析方法 196
6.6 局部應力的復合材料強度失效準則 197
6.6.1 界面起裂 197
6.6.2 基體屈服及起裂 198
6.6.3 纖維斷裂 199
6.6.4 界面強度特性的實驗測定 199
6.6.5 復合材料強度特性與界面、基體強度特性間的關繫 200
6.7 復合材料的疲勞 201
6.7.1 疲勞過程概述 201
6.7.2 基於名義應力的經驗評價法 203
6.7.3 單向單頻疲勞試驗的局限性 204
6.7.4 復合材料的靜態疲勞行為 204
6.8 細觀應力的疲勞評價方法 205
思考題 208
第7章 蠕變失效準則 209
7.1 蠕變失效的形式 209
7.2 蠕變本構關繫 210
7.2.1 總應變、玻璃應變和蠕變應變 210
7.2.2 玻璃應變與快速加載本構關繫 211
7.2.3 金屬材料蠕變本構關繫 214
7.3 普適性的唯像蠕變本構關繫 220
7.3.1 金屬材料的長程蠕變本構關繫 220
7.3.2 高分子材料的長程蠕變本構關繫 228
7.3.3 多軸蠕變本構關繫 230
7.4 快速失效準則 232
7.5 蠕變變形失效條件 233
7.6 蠕變斷裂和持久壽命 234
7.6.1 經驗蠕變斷裂準則 234
7.6.2 蠕變斷裂理論 235
7.6.3 多軸應力狀態下的蠕變斷裂理論 241
7.7 蠕變疲勞壽命 242
思考題 245
第8章 應力腐蝕及腐蝕疲勞失效準則 246
8.1 腐蝕機理 246
8.2 腐蝕損傷和機械損傷 247
8.3 腐蝕損傷演化律 248
8.4 應力腐蝕開裂 249
8.5 多軸應力腐蝕 253
8.6 裂紋的應力腐蝕擴展速率曲線 254
8.7 腐蝕疲勞及其壽命 256
8.7.1 對稱循環腐蝕疲勞 256
8.7.2 腐蝕疲勞的潛伏壽命 258
8.7.3 非對稱腐蝕疲勞 259
8.7.4 結構的多軸多頻腐蝕疲勞 261
8.8 腐蝕環境下的裂紋疲勞擴展 262
思考題 263
附錄1 彈、塑性力學理論基礎 265
F1.1 連續性假定 265
F1.2 彈性理論 266
F1.3 彈塑性理論 272
F1.4 應力狀態分析 273
F1.5 應變狀態分析 274
附錄2 斷裂力學基礎 276
F2.1 理論模型——裂尖場 276
F2.2 裂尖的破壞機理和破壞準則 278
F2.3 非1/r奇異場 282
F2.4 材料的斷裂韌性 284
F2.5 裂紋的疲勞擴展 285
附錄3 連續損傷力學基礎 286
F3.1 連續損傷的概念 286
F3.2 損傷演化律 290
附錄 4 標準正態分布可靠度表 297
參考文獻 299

結構工程師優選的困惑是，在做了很多結構應力分析後，卻發現沒有合適的失效準則和評價方法來進行結構安全性和可靠性評價。強行評價意味著評價方法本身就是不可靠的，這是做再多的應力分析也沒用的。但關於失效準則的研究相對較少，因而現實中還普遍存在著一些隨意假定失效準則的現像。實際上，同一材料在不同應力狀態及環境條件下，會有不同的失效形式，對應不同的失效機理，需要采用不同的失效準則。誠然經驗準則是最簡單的，但其局限性很強。實際上隨著材料及其服役環境的復雜化，失效影響因素眾多，即使不考慮實驗規律的普適性，總結經驗規律也是非常困難的。《工程結構材料失效準則》從各類材料的失效機理出發，介紹了建立脆性及準脆性、韌性、界面、疲勞、蠕變及腐蝕等工程失效形式及其耦合場景下失效準則的方法，並與一些經驗及現有準則進行了比較。本書可用作從事結構強度壽命相關工作的結構工程師的實用參考書，相信必然會耳目一新，也可用等