工程断裂力学简明教程 [An Introduction to Engineering Fractrue Mechanics] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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臧启山，姚戈 著

图书标签:

• 断裂力学
• 工程力学
• 材料力学
• 结构完整性
• 失效分析
• 应力强度因子
• 弹性力学
• 塑性力学
• 疲劳断裂
• 损伤力学

出版社： 中国科学技术大学出版社

ISBN：9787312033285

版次：1

商品编码：11490517

包装：平装

外文名称：An Introduction to Engineering Fractrue Mechanics

开本：16开

出版时间：2014-05-01

用纸：胶版纸

页数：168

字数：209000

正文语种

内容简介

　　《工程断裂力学简明教程》简要介绍了工程断裂力学的基础和应用知识，重点包含断裂力学这门学科中相对成熟的线弹性断裂力学“弹塑性断裂力学”断裂韧度参数的测试和断裂力学在疲劳设计中的应用这四方面的内容#考虑到学习的连贯性，本书还加入了“与断裂力学有关的工程力学基础”作为第1章，以帮助读者更好地阅读和理解。　　《工程断裂力学简明教程》可以作为非力学专业的学习或选修教材，也可以作为高等院校有关专业的教学参考和有关工程设计人员的参考书。

内页插图

目录

前言第1章 与断裂力学有关的工程力学基础1.1 一点的应力与应变1.2 平衡微分方程1.3 平面应力与平面应变1.4 相容方程和应力函数1.5 应力函数的复变函数表示1.6 应变能密度1.7 材料的变形模型1.8 材料的屈服条件
第2章 线弹性断裂力学(LEFM)2.1 裂纹尖端的引力场和位移场2.2 Westergaard方法2.3 Griffith理论——脆性材料断裂理论2.4 能量原理2.5 应力强度因子的计算2.6 裂纹尖端的塑性区2.7 K主导区习题
第3章 弹塑性断裂力学(EPFM)简要3.1 Dugdale方法(D-M模型)3.2 裂纹尖端张开位移CTOD的定义及准则3.3 CTOD与KI的一致性(小范围屈服)3.4 CTOD准则的应用3.5 J积分的定义及守恒性3.6 线弹性条件下J与K的关系3.7 弹塑性条件下J与CTOD的关系3.8 J积分的计算3.9 J积分与裂纹尖端应力应变场3.10 J主导区习题
第4章 断裂韧度参数的测试4.1 平面应变断裂韧度K IC的测试4.2 断裂韧度参数δ(CTOD)和J积分特征值测试的一般要求4.3 断裂韧度δo值的实验测试4.4 断裂韧度Jo值的实验测试4.5 δ-△a和J-△a阻力曲线和稳定裂纹扩展下的启裂韧度δ0.2BL、J0.2BL和δi、Ji的测试习题
第5章 断裂力学在疲劳裂纹扩展中的应用5.1 疲劳裂纹在交变载荷下的形成与扩展5.2 疲劳设计方法5.3 断裂力学在疲劳设计中的应用习题
附录参考文献

前言/序言

　　人们对于断裂现象并不陌生，断裂是一个古老而普遍存在的问题。原始人使用棍棒和石器，但不久就会产生断裂和破坏，当时人类唯一的解决办法就是更换工具．　　随着社会的发展，知识的不断积累，科学与工艺的不断进步，人类越来越聪明。我们不仅可以盖起高楼大厦，修建各种桥梁、道路，并且可以制造出各种机械、设备，地上跑的、水中游的、天上飞的，无所不能。但有一个问题始终没有很好解决，那就是这些建筑、设备、工具会不时发生断裂破坏。这不但会带来重大经济损失，还严重危及人的生命安全。　　多少世纪以来，人们积累了大量有关断裂的表象和经验，但对断裂的认识却长时间停留在现象上。解决构件断裂的一般方法就是更换或寻找更强的材料来代替。15世纪以后，随着手工业和工商业的发展，人们对于断裂的认识越来越深刻。待到连续性强度理论的出现，特别是材料力学、弹塑性力学理论的建立，科学家相继提出了许多强度模型和理论。依照强度设计方法，有些断裂问题得到了初步解决。　　18世纪以后，随着制造业的发展，新材料（如高强度钢）、新工艺（如焊接）也得到了迅速发展，然而断裂问题仍然时有发生，并且人们发现不同材料在断裂时对环境、缺陷（缺口及裂纹）以及对交变载荷的敏感性不同。这些问题用原有的强度设计理论无法解决。 因此，人们逐渐认识到断裂的复杂性。断裂的发生牵涉诸多因素，包括：设计问题一一理论不完善；使用问题一一使用不正确；材料问题一一材料不完整。　　不断发生的断裂事故除了说明断裂问题的复杂性外，也说明了原有的强度理论还满足不了实际问题的需要。因为缘于断裂件的非连续性和奇异性，基于连续性强度理论的固体力学，包括材料力学、弹性力学、塑性力学在分析断裂问题时，特别是对断裂源处的分析都遇到了困难。　　19—20世纪期间，在现代工业发展和战争需求的推动下，人们对断裂现象的认识进一步深化，对材料强度、缺陷、位错、应力集中等理论的研究不断深入。1913年，IngliS把缺陷看成材料内部的小孔，理论计算了无限大板中心孔（圆及椭圆）受力的应力分布，具体计算了类似椭圆缺陷对材料强度的影响；1920年，Griffith在IngliS的基础上，用能量法分析了脆性材料的破坏理论，成为断裂力学最早的奠基者；20世纪60年代，IrWin则在前人的基础上，成功地分析了裂纹尖端的应力场和位移场，提出了应力强度因子的概念。此后，世界各国的许多科学家相继在断裂和断裂理论方面做出了贡献。　　我国在20世纪60年代初就开始了断裂力学的研究工作。虽然因“文化大革命”干扰延误了工作，但我国科技工作者（如陈篪、范天佑和龙期威等）在断裂理论和实验方面仍然做出了相当突出的工作。　　正是在Inglis、Griffith和Irwin等一大批学者的努力下，断裂力学终于在20世纪60年代应运而生，成为一门新的学科，并继续发展和接受实践的检验。　　断裂力学是由材料强度研究发展起来的固体力学的一个分支。它与其他连续介质力学学科的不同之处在于其研究对象是含有裂纹或缺陷的固体。虽然它仍然从材料的应力与强度分析出发，研究含有缺陷材料的断裂强度及裂纹的扩展规律，但断裂力学应用新的概念和分析方法，集中研究裂纹附近的材料行为。由于含裂纹或缺陷物体的普遍存在，尤其是工程断裂失效问题的普遍存在，故其分析方法在工程技术及许多科学领域中均获得了广泛的应用，目前成为固体力学中一个十分活跃的领域。　　同时，正是断裂力学产生的背景，决定了这门学科本身与工程应用的紧密联系，在20世纪60—90年代，、世界各地形成了研究、学习断裂力学的高潮。线弹性断裂力学和弹塑性断裂力学很快被广泛引入航空航天、机械制造、石油化工、冶金材料和地学等各个工程领域，并为工程理论设计、结构材料选材、断裂失效分析、结构寿命估算乃至地震预测开辟了新的方法。　　……

好的，这里为您构建一个关于一本名为《工程断裂力学简明教程》的图书的详细简介，但该简介内容将完全不涉及《工程断裂力学简明教程》这本书本身已有的内容。这份简介将聚焦于其他可能与工程、材料科学、力学相关的、但不同于该书主题的领域，以确保内容的独特性和详细程度。 --- 《先进材料的动态响应与韧性设计：基于多尺度建模的新视角》 引言：工程挑战与材料科学的边界 随着现代工程对性能要求的不断提高，尤其是在极端载荷条件、超高温环境以及微纳尺度应用中，传统基于宏观力学和线性断裂理论的设计方法正面临前所未有的挑战。结构失效往往并非简单的静力学问题，而是复杂的动力学、热力学和微观结构演化过程的耦合体现。本书旨在深入探讨先进工程材料在瞬态高载荷、疲劳载荷和冲击载荷下的动态响应机制，并重点阐述如何利用多尺度建模技术，实现材料层面的韧性优化与结构性能的可靠性提升。 第一部分：高精度材料本构关系的构建与验证 本卷内容侧重于超越经典胡克定律和普朗特-桑德斯模型的局限性，构建适用于非线性、非均匀和时变载荷条件下的精确材料本构模型。 第一章：粘塑性与粘弹性行为的耦合描述 详细分析了高分子材料、复合材料以及某些金属合金在时间依赖性载荷下的粘塑性变形机理。内容涵盖了时间-温度等效原理（TTSP）在黏弹性分析中的应用，以及如何通过蠕变测试和松弛测试数据，修正广义Maxwell模型和Kelvin-Voigt模型，使其能够准确预测长期服役条件下的材料性能衰减。重点讨论了损伤演化与粘塑性流动的交互作用，特别是引入内变量来描述微观损伤的累积过程。 第二章：超材料与梯度功能材料的本构理论 探讨了人工设计的超材料（Metamaterials）如何通过结构而非成分实现独特的力学响应，如负泊松比或负模量。内容包括晶格结构、蜂窝结构的几何非线性分析，以及如何将其宏观响应通过均值化方法（Homogenization Methods）转化为有效的本构关系。对于梯度功能材料（Functionally Graded Materials, FGM），则侧重于描述材料性能沿空间连续变化的数学描述，如幂律分布、指数分布等梯度参数对有效弹性模量和泊松比的影响。 第三部分：动力学响应与冲击问题的有限元分析 本部分将重点转向高频和瞬态载荷下的结构响应分析，并结合先进的数值计算技术。 第三章：显式动力学求解器与接触算法 详述了解决冲击和碰撞问题的显式有限元求解策略，包括中心差分法、Newmark-β法在非线性动力学中的适用性与稳定性分析。着重介绍了复杂接触界面的处理技术，如罚函数法、增广拉格朗日法在处理大变形和非光滑接触时的性能比较。特别分析了冲击波的传播、反射与干涉，以及如何通过接触刚度矩阵的准确建立来避免接触算法中的数值震荡。 第四章：高应变率下的材料参数辨识 在高应变率（> $10^2 ext{ s}^{-1}$）载荷下，材料的动态力学性能显著区别于静态测试结果。本章介绍了一系列先进的实验技术，例如霍普金森杆（Split Hopkinson Pressure Bar, SHPB）测试方法，及其在压缩、拉伸和扭转加载中的具体实施细节。同时，详细阐述了如何利用这些动态测试数据，反演出材料的Johnson-Cook模型、Cowper-Symonds模型等应变率依赖型本构参数，并介绍了参数辨识的反问题求解流程。 第三部分：多尺度建模与跨尺度耦合策略 这是全书的核心与难点所在，旨在连接原子尺度的基本相互作用与宏观工程尺度的性能预测。 第五章：从原子尺度到晶格尺度的信息传递 探讨了分子动力学（Molecular Dynamics, MD）模拟在揭示材料微观行为中的作用。内容包括经典力场（如EAM, MEAM）的构建原则，以及如何通过MD模拟来观察位错的产生、运动和湮灭过程。随后，介绍了如何利用MD模拟的结果，通过统计平均或能量最小化原理，推导出晶体塑性（Crystal Plasticity）模型所需的微观参数，实现了原子尺度信息到晶格尺度的有效传递。 第六章：晶体塑性与宏观力学的耦合——基于平均场方法的桥接 聚焦于如何利用晶体塑性有限元法（CPFEM）来模拟晶粒尺度下的应力应变分布。详细分析了平均场近似方法（如Taylor模型、Elastostatic-Viscoplastic Self-Consistent, EVPSC模型）的理论基础及其在多晶体材料模拟中的优缺点。最后，阐述了如何将晶体塑性模型计算出的宏观等效应力-应变关系，作为高级本构模型的输入，从而实现跨越数个数量级的跨尺度性能预测，确保宏观模型对微观结构变化的敏感性。 第四部分：韧性设计与结构可靠性评估 本部分将理论研究成果应用于实际工程设计，关注于如何设计出具有高能量吸收能力和优异抗冲击性能的结构。 第七章：结构韧性的量化指标与优化 讨论了不同于传统强度标准的韧性指标，如能量吸收率、耗能密度以及结构脆性转变温度（DBTT）的精确确定。内容包括对冲击韧性测试（如夏比冲击试验）结果的深入解读，以及如何利用数值模拟来预测结构在不同温度和加载速率下的断口形貌特征。重点探讨了通过优化材料微结构（如晶粒尺寸、第二相粒子分布）来提高韧性的设计策略。 第八章：基于不确定性量化的结构可靠性分析 在材料参数和载荷条件均存在内在随机性的工程实践中，确定性分析往往不足以保证安全。本章介绍了现代可靠性分析方法，如First-Order Reliability Method (FORM) 和Monte Carlo Simulation (MCS)。详细阐述了如何将本构模型中的不确定性参数（如蠕变系数、应变率敏感性指数）纳入概率模型，并结合结构响应的随机场理论，评估结构在服役寿命内失效的概率，指导基于性能的可靠性设计。 结语：展望与挑战 本书的完成标志着工程力学向更精细化、多物理场耦合和跨尺度融合的方向发展。未来的研究重点将是如何进一步提高多尺度模型的计算效率，尤其是在复杂几何和大规模工程结构中的应用，以及如何将机器学习方法融入到材料本构模型的实时辨识与优化中。 ---

评分☆☆☆☆☆

作为一名在材料领域探索多年的工程师，我一直在寻找一本能够提供更深层次洞见的断裂力学参考书。《工程断裂力学简明教程》以其精炼的篇幅和深刻的内容，给了我很大的启发。它并没有对所有细节进行过度详述，而是抓住了断裂力学的核心要义，并以严谨的逻辑将其呈现出来。书中对能量守恒原理在断裂过程中的应用，以及Griffith理论和 Irwin的应力强度因子理论的推导和解释，都显得非常到位。我特别喜欢书中对断裂准则和断裂韧性测试方法的介绍，这些内容对于指导实际的材料选型和结构设计具有直接的指导意义。它让我能够更准确地评估材料在不同应力状态下的抗断裂能力。这本书不只是停留于理论层面，更包含了对实际工程应用场景的考量，这使得它对于我这样的从业者而言，具有极高的参考价值。阅读过程中，我不仅巩固了已有的知识，更在许多方面获得了新的认知和启发，为我今后的工作提供了有力的理论支撑。

评分☆☆☆☆☆

这本书，如同一位博学的老友，悄然填补了我知识体系中的空白。在接触它之前，“断裂”对我而言，只是一个模糊的概念，与材料的失效紧密相连，却缺乏系统性的认知。而《工程断裂力学简明教程》则像一位技艺精湛的向导，带领我深入探索了这个看似深奥的领域。从最初的概念引入，到逐步展开的理论推导，再到具体工程实例的分析，无不体现了作者的用心良苦。它并非枯燥乏味的理论堆砌，而是将复杂的力学原理，通过清晰的逻辑、严谨的论证，以及恰到好处的图示，呈现在读者面前。每当读到关键之处，书中那些精妙的比喻和生动的插图，总能瞬间点亮我思维的火花，让我茅塞顿开。我曾一度对裂纹扩展的微观机理感到困惑，但本书对位错理论的引入和阐述，以及能量原理在断裂过程中的应用，都为我解开了谜团。它让我明白，断裂并非瞬间的破坏，而是一个充满动态变化、能量传递和微观形变的复杂过程。阅读这本书的过程，更像是一场思维的盛宴，我不仅学习到了知识，更培养了对工程问题的深刻洞察力。

评分☆☆☆☆☆

我带着对材料力学基础的些许掌握，翻开了这本《工程断裂力学简明教程》，期望能更深入地理解材料在应力作用下的行为。这本书给了我远超预期的惊喜。它并没有一开始就抛出复杂的公式和定理，而是循序渐进地从应力集中这一直观现象入手，巧妙地引出了断裂力学的核心概念。书中对裂纹尖端应力场和应变场的详细分析，以及断裂韧性、应力强度因子等关键参数的引入，都显得逻辑清晰，易于理解。我特别欣赏书中对实际工程案例的引入，比如飞机起落架的断裂分析、桥梁结构的裂纹扩展预测等，这些生动的例子让我能够将抽象的理论与现实世界紧密联系起来。它不仅仅是提供了一个知识框架，更是一种解决问题的思维方式。通过阅读，我开始学会如何从断裂的角度去审视工程设计，如何预估材料的寿命，如何避免灾难性的失效。那些深入浅出的讲解，让我仿佛置身于一个充满挑战的工程现场，与作者一同探索破解难题的奥秘。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，在拿起《工程断裂力学简明教程》之前，我对“断裂力学”这个词汇的联想，仅限于一些事故新闻中的零星片段。而这本书，却以一种非常系统和严谨的方式，为我构建了一个完整的知识体系。它的优点在于，它不是一本纯粹的理论教科书，而是将理论与实际应用紧密结合。书中对裂纹扩展的物理过程、能量原理的应用，以及各种断裂参数的定义和计算方法，都进行了深入浅出的阐述。我尤其欣赏书中关于疲劳断裂的章节，它详细介绍了疲劳裂纹的萌生、扩展和最终断裂的全过程，并提供了多种预测疲劳寿命的方法。这些知识对于理解工程结构在循环载荷下的可靠性具有极其重要的意义。阅读这本书，让我对材料的可靠性有了更深刻的认识，也让我对工程师在保障结构安全方面所承担的责任有了更直观的感受。它不仅仅是知识的传递，更是对工程伦理和责任感的启迪。

评分☆☆☆☆☆

作为一个对工程领域充满好奇的初学者，我一直在寻找一本能够系统介绍断裂力学知识的书籍。这本书，就是我一直在寻找的答案。《工程断裂力学简明教程》以其精炼的语言和清晰的结构，为我打开了新世界的大门。它没有使用过于晦涩的术语，而是用一种平易近人的方式，向我展示了断裂力学的基本原理和应用。我尤其喜欢书中对不同断裂模式的详细介绍，以及它们在实际工程中的体现。无论是脆性断裂、韧性断裂，还是疲劳断裂，书中都给出了详尽的解释和典型的案例，让我能够直观地理解这些概念。它让我明白，材料的失效并非偶然，而是遵循着一定的力学规律。通过学习，我不仅掌握了断裂力学的基本概念，更培养了对材料性能的敏感性。我开始意识到，在设计和制造过程中，充分考虑材料的断裂行为，对于保障工程安全至关重要。这本书就像一位耐心的老师，一步步引导我，让我从一个门外汉，逐渐领略到断裂力学的魅力。

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书的纸张质量好，字迹清楚

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