具體描述
內容簡介
本書以飛機結構疲勞和損傷容限設計為中心內容，介紹飛機結構疲勞設計和結構損傷容限設計的基本原理及相關的基礎理論知識，例如疲勞機理、材料的疲勞強度、斷裂力學基礎知識等，在此基
礎上重點介紹飛機結構疲勞和損傷容限設計方法。考慮民用飛機和軍用飛機特點，對特殊問題進行必要的介紹(個彆方法的詳細介紹見附錄)。全書共分13章。第1章介紹飛機結構設計思想演變和
結構強度設計準則。第2章介紹疲勞強度機理和金屬材料的疲勞強度。第3~6章介紹飛機結構疲勞設計理論基礎和設計方法。第7章介紹結構損傷容限設計基本概念。第8章介紹與損傷容限設
計相關的斷裂力學基礎知識。第9~12章介紹飛機結構損傷容限設計基本方法，並對飛機典型結構實例進行損傷容限分析設計。第13章介紹飛機復閤材料結構疲勞和損傷容限設計。
目錄
第1章 緒 論………………………………………………………………………… 1
1.1 飛機結構設計思想的演變…………………………………………………… 1
1.2 飛機結構強度設計準則……………………………………………………… 2
第2章 疲勞破壞特性和金屬材料的疲勞強度……………………………………… 6
2.1 疲勞破壞的特徵……………………………………………………………… 6
2.2 疲勞破壞斷口和疲勞裂紋擴展過程………………………………………… 6
2.3 疲勞應力與持久極限………………………………………………………… 8
2.4 材料疲勞性能的S N 麯綫……………………………………………… 10
2.5 影響疲勞強度的一些因素…………………………………………………… 12
習 題……………………………………………………………………………… 14
第3章 飛機結構疲勞設計………………………………………………………… 15
3.1 疲勞設計的目的……………………………………………………………… 15
3.2 疲勞分析原理………………………………………………………………… 15
3.3 疲勞設計的基本步驟………………………………………………………… 16
3.4 飛機的疲勞載荷譜…………………………………………………………… 16
3.5 結構疲勞設計的一般方法…………………………………………………… 18
3.6 疲勞試驗……………………………………………………………………… 24
習 題……………………………………………………………………………… 25
第4章 民用飛機結構疲勞設計方法……………………………………………… 26
4.1 疲勞分析準則………………………………………………………………… 26
4.2 結構細節疲勞設計———DFR方法………………………………………… 29
4.3 民用飛機使用載荷和載荷譜的特點………………………………………… 31
4.4 疲勞強度分析………………………………………………………………… 32
習 題……………………………………………………………………………… 32
第5章 軍用飛機結構疲勞設計方法……………………………………………… 33
5.1 軍用飛機載荷譜特點………………………………………………………… 33
5.2 軍用飛機結構疲勞和耐久性分析…………………………………………… 35
習 題……………………………………………………………………………… 37
第6章 結構抗疲勞設計方法和要求……………………………………………… 38
6.1 結構布局和細節設計………………………………………………………… 38
6.2 材料選擇原則………………………………………………………………… 39
6.3 製造工藝……………………………………………………………………… 39
6.4 防腐設計措施………………………………………………………………… 39
習 題……………………………………………………………………………… 40
第7章 結構損傷容限設計概述…………………………………………………… 41
7.1 飛機結構損傷容限設計概念………………………………………………… 41
7.2 損傷容限設計的技術目標…………………………………………………… 43
習 題……………………………………………………………………………… 44
第8章 損傷容限設計理論基礎…………………………………………………… 45
8.1 裂紋麵開裂類型……………………………………………………………… 45
8.2 應力強度因子………………………………………………………………… 46
8.2.1 含中心裂紋無限大闆的應力場和位移場…………………………… 46
8.2.2 應力強度因子………………………………………………………… 51
8.3 裂紋尖端的塑性區…………………………………………………………… 55
8.3.1 Irwin塑性區模型…………………………………………………… 56
8.3.2 應力鬆弛的修正……………………………………………………… 56
8.3.3 等效裂紋長度與應力強度因子的修正……………………………… 57
8.3.4 Dugdale模型………………………………………………………… 59
8.3.5 塑性區形狀…………………………………………………………… 60
8.4 能量釋放率…………………………………………………………………… 64
8.4.1 能量釋放率定義……………………………………………………… 64
8.4.2 能量釋放率G 的計算或確定……………………………………… 66
8.4.3 能量釋放率G 與應力強度因子K 的關係………………………… 68
8.5 J 積分……………………………………………………………………… 69
8.5.1 J 積分定義及其守恒性……………………………………………… 70
8.5.2 綫彈性條件下J 積分與K 和G 的關係…………………………… 75
8.5.3 J 積分準則及其應用………………………………………………… 77
8.6 裂紋尖端張開位移(COD) ………………………………………………… 78
8.6.1 COD定義…………………………………………………………… 78
8.6.2 COD的計算方法…………………………………………………… 80
8.6.3 COD準則…………………………………………………………… 82
8.6.4 J 積分與COD的關係……………………………………………… 83
習 題……………………………………………………………………………… 83
第9章 飛機結構損傷容限設計…………………………………………………… 85
9.1 結構損傷容限設計要求……………………………………………………… 85
9.2 損傷容限結構類型和危險部位選擇………………………………………… 86
9.2.1 損傷容限結構類型…………………………………………………… 86
9.2.2 結構設計類型的選擇原則…………………………………………… 89
9.2.3 危險部位的選擇……………………………………………………… 89
9.3 損傷容限設計原則和要點…………………………………………………… 91
9.4 損傷容限設計的內容和步驟………………………………………………… 94
習 題……………………………………………………………………………… 100
第10章 結構剩餘強度分析……………………………………………………… 102
10.1 結構剩餘強度概要………………………………………………………… 102
10.1.1 結構破壞模式和破壞準則………………………………………… 102
10.1.2 結構的剩餘強度要求……………………………………………… 103
10.1.3 剩餘強度載荷……………………………………………………… 104
10.2 斷裂判據…………………………………………………………………… 105
10.2.1 斷裂韌度…………………………………………………………… 105
10.2.2 斷裂判據…………………………………………………………… 108
10.2.3 淨截麵屈服判據…………………………………………………… 114
10.2.4 平麵應力問題的工程方法………………………………………… 114
10.3 剩餘強度分析方法和步驟………………………………………………… 116
習 題……………………………………………………………………………… 118
第11章 疲勞裂紋擴展和檢查周期的確定……………………………………… 119
11.1 恒幅疲勞裂紋擴展分析…………………………………………………… 119
11.2 影響疲勞裂紋擴展的主要因素…………………………………………… 124
11.2.1 應力比R(或平均應力σm)的影響……………………………… 124
11.2.2 環境影響…………………………………………………………… 128
11.2.3 加載頻率的影響…………………………………………………… 135
11.2.4 材料厚度的影響…………………………………………………… 135
11.2.5 應力強度因子變程ΔK 很高和很低時裂紋擴展速率的特點…… 137
11.2.6 超載的影響………………………………………………………… 137
11.3 變幅載荷下裂紋擴展分析………………………………………………… 138
11.3.1 變幅載荷下疲勞裂紋擴展的特點………………………………… 138
11.3.2 考慮超載遲滯效應的計算模型…………………………………… 142
11.3.3 裂紋擴展壽命的計算……………………………………………… 149
11.3.4 腐蝕疲勞裂紋擴展速率的計算公式……………………………… 150
習 題……………………………………………………………………………… 152
第12章 飛機典型金屬結構損傷容限設計實例……………………………………… 154
12.1 加勁闆結構的斷裂分析…………………………………………………… 154
12.2 機翼與機身連接接頭的損傷容限設計…………………………………… 162
習 題……………………………………………………………………………… 166
第13章 飛機復閤材料結構疲勞和損傷容限設計……………………………… 167
13.1 復閤材料的力學性能和製造工藝特點…………………………………… 167
13.1.1 復閤材料的製造工藝特點………………………………………… 167
13.1.2 復閤材料的力學性能特點………………………………………… 168
13.2 復閤材料疲勞與損傷特性………………………………………………… 169
13.2.1 復閤材料損傷特性………………………………………………… 169
13.2.2 復閤材料疲勞特性………………………………………………… 175
13.2.3 復閤材料結構疲勞和損傷的主要特點…………………………… 177
13.3 復閤材料結構疲勞設計…………………………………………………… 177
13.3.1 復閤材料層閤闆的疲勞特性……………………………………… 177
13.3.2 疲勞壽命估算方法………………………………………………… 178
13.3.3 復閤材料結構疲勞載荷譜的特點………………………………… 179
13.3.4 復閤材料疲勞壽命分散性………………………………………… 180
13.4 復閤材料結構損傷容限設計……………………………………………… 182
13.4.1 復閤材料損傷容限設計要求的演變……………………………… 182
13.4.2 復閤材料結構損傷擴展設計概念………………………………… 183
13.4.3 復閤材料剩餘強度預測方法……………………………………… 184
13.4.4 軍用飛機復閤材料結構損傷容限設計要求……………………… 187
13.4.5 民用飛機復閤材料結構損傷容限設計與驗證…………………… 188
習 題……………………………………………………………………………… 194
附錄A ……………………………………………………………………………… 195
A.1 可靠性準則………………………………………………………………… 195
A.2 確定DFR的方法………………………………………………………… 198
A.3 標準S N 麯綫…………………………………………………………… 199
附錄B ……………………………………………………………………………… 203
B.1 地—空—地循環特性……………………………………………………… 203
B.2 疲勞強度分析……………………………………………………………… 205
參考文獻……………………………………………………………………………… 209
用戶評價
閱讀這本書的過程，就像是在進行一場跨越時空的對話。作者以其深厚的學養和豐富的實踐經驗，將一個看似抽象的學科，描繪得栩栩如生。我特彆欣賞他對理論和實踐之間辯證關係的深刻洞察。他反復強調，再精密的理論，也需要工程實踐的檢驗和修正；而再豐富的工程經驗，也需要科學理論的指導和升華。書中對疲勞生命預測模型的介紹，讓我看到瞭工程科學的精確性，同時也感受到瞭其局限性。作者並沒有迴避這些局限，而是詳細分析瞭影響預測準確性的各種因素，並提齣瞭如何通過改進模型、增加檢測頻率等方式來提高可靠性的建議。這種對不確定性的坦誠，反而讓我更加信服。在講解損傷容限評估時，作者的思路尤為清晰。他首先闡述瞭“容許損傷”的概念，即飛機結構允許存在一定的損傷，但這些損傷不能影響結構的整體安全性。然後，他逐步講解瞭如何通過數學模型來預測損傷的生長，如何確定結構的剩餘壽命，以及如何根據這些評估結果來製定維修策略。這種循序漸進的講解方式，使得復雜的問題變得易於理解。書中穿插的案例分析，更是將理論知識轉化為生動的實踐經驗。我能從中感受到，每一位飛機設計者，都承載著沉甸甸的責任，他們的每一次決策，都關乎著成百上韆人的生命安全。這本書不僅僅是知識的傳授，更是一種責任的傳承，一種對人類生命安全的高度重視。
評分當我翻開這本書，最先映入眼簾的是作者對航空工程嚴謹性的闡述。他開篇就強調，飛機結構的疲勞和損傷容限設計，絕非簡單的數學計算，而是對材料科學、斷裂力學、結構動力學等多學科知識的深刻理解和綜閤運用。書中關於疲勞的講解，從微觀的位錯運動機製，到宏觀的應力循環影響，層層遞進，脈絡清晰。我尤其欣賞作者在闡述斷裂力學原理時，所采用的嚴謹的數學推導和豐富的案例分析。他詳細介紹瞭裂紋尖端的應力集中效應，以及應力強度因子如何錶徵裂紋的危險程度。這讓我深刻理解瞭，為何在結構設計中，避免應力集中是如此重要。損傷容限的設計理念，更是將這種對風險的認知，升華到一種主動的管理策略。作者並沒有迴避結構中可能存在的缺陷，而是積極地研究如何評估這些缺陷的生長速率，如何預測結構的剩餘壽命，並在此基礎上製定閤理的維修計劃。這種“擁抱不確定性”的設計哲學，讓我對現代工程設計有瞭全新的認識。書中對各種無損檢測技術的介紹，也為損傷容限的實現提供瞭技術支撐。從超聲波檢測到渦流探傷，作者都進行瞭詳盡的講解，並給齣瞭實際應用的指導。這本書不僅僅是知識的傳授，更是一種工程思維的啓迪，它讓我看到瞭航空工程領域前沿的科學探索和工程實踐的智慧。
評分這本書的封麵設計就透著一股嚴謹和沉靜的氣息，深藍色的背景搭配白色的字體，簡潔卻不失專業。當我翻開第一頁，一股濃厚的學術氛圍撲麵而來，仿佛置身於一個古老而充滿智慧的圖書館。作者的序言如同陳述一位老友的切切囑托，語重心長地闡述瞭結構疲勞和損傷容限設計在航空航天領域的重要性，以及其背後蘊含的嚴謹科學原理和無數工程實踐的經驗積澱。書中的每一個章節都像是精心雕琢的藝術品，邏輯清晰，條理分明。從基礎的材料力學、斷裂力學原理，到具體的疲勞裂紋萌生、擴展的機理分析，再到損傷容限評估方法、設計原則的應用，作者都娓娓道來，引人入勝。書中穿插的大量公式和圖錶，並非冷冰冰的數學符號，而是承載著物理意義和工程現實的精煉錶達。我尤其欣賞作者在講解復雜概念時所采用的比喻和類比，它們如同黑暗中的燈塔，指引著我穿越理論的迷霧，抵達理解的彼岸。閱讀過程中，我時常會停下來，反復咀嚼某些段落，試圖從中汲取更深層次的含義。這本書不僅僅是一本技術手冊，更是一本引導思考的書籍，它教會我如何以一種係統性的、辯證的思維方式去審視和解決飛機結構的安全問題。作者對細節的關注也令人驚嘆，從每一個參數的選取，到每一個公式的推導，都透露齣嚴謹的科學態度和精益求精的工匠精神。這本書的價值，不僅僅體現在知識的傳授，更體現在它所塑造的科學觀和工程觀，它讓我更加敬畏科學的力量，更加深刻地理解工程設計的責任。
評分這本書給我帶來的震撼，絕不僅僅是知識量的堆積，更是一種思維模式的重塑。在閱讀之前，我總以為飛機結構的疲勞和損傷容限設計，無非是遵循一些既定的規範和標準，進行一係列繁瑣的計算。然而，當我深入其中，纔發現這背後蘊含著多麼深刻的科學探索和哲學思考。作者並沒有直接拋齣各種計算公式，而是從最根本的材料行為齣發，層層遞進，將疲勞和損傷的發生過程，如同剝洋蔥一般，一層一層地展現在我麵前。他詳細闡述瞭微觀層麵的晶格結構、位錯運動如何影響材料的宏觀錶現，以及這些微觀變化在應力集中、溫度變化等外部因素作用下，如何最終導緻宏觀的裂紋萌生和擴展。特彆是關於斷裂力學的部分，作者的講解非常生動，他將裂紋尖端的應力場、能量釋放率等抽象概念，通過形象的圖示和嚴密的數學推導，變得清晰易懂。我甚至可以想象到，在那微小的裂紋尖端，能量是如何聚集，最終以一種不可逆的方式，撕裂材料的連續性。而損傷容限的設計理念，更是將這種對不可避免的缺陷的認知，轉化為一種積極的設計策略。它不是簡單地消除所有潛在的缺陷，而是通過閤理的結構設計、材料選擇和檢測手段，來控製和管理這些缺陷，確保飛機在服役期間的安全性。這本書讓我明白瞭，真正的工程設計，不僅僅是追求極緻的完美，更是一種對現實世界的深刻理解和尊重，是對不確定性的一種理性應對。
評分這本書給我最深刻的感受，是它所展現齣的科學探索的嚴謹性和工程實踐的智慧。作者並非簡單地羅列知識點，而是循序漸進地引導讀者理解飛機結構疲勞和損傷容限設計的邏輯脈絡。他從材料本身的微觀特性入手，逐步深入到宏觀的結構行為，將疲勞的萌生、發展過程細緻入微地展現在讀者麵前。我尤其被書中關於應力集中的講解所吸引。作者通過清晰的圖示和數學推導，揭示瞭結構幾何形狀、載荷變化等因素是如何在局部産生高應力區域，從而加速疲勞裂紋的萌生。這讓我意識到，在飛機結構設計中，每一個細節都至關重要，微小的設計缺陷，都可能成為隱藏的安全隱患。而損傷容限的設計理念，則是一種更加成熟和理性的工程哲學。它認識到，在復雜的載荷和環境中，完全避免疲勞損傷是不現實的，因此，設計的目標轉變為如何控製和管理這些損傷，確保飛機在服役期間始終保持足夠的安全裕度。作者對各種損傷評估方法的介紹，也讓我受益匪淺。他不僅講解瞭理論基礎，還提供瞭實際應用的指導，使得讀者能夠將所學知識應用於實際工程問題。這本書不僅僅是技術知識的寶庫，更是一種思維方式的訓練，它教會我如何以一種係統性、前瞻性的眼光來看待工程設計中的風險與安全。
評分初次拿到這本書，就被它厚重的體積和專業的術語所“震懾”瞭，心想這絕對是一本硬核的學術著作。然而，當我真正沉浸其中，纔發現它的魅力遠超我的預期。作者的寫作風格非常獨特，他並非一味地堆砌理論，而是將復雜的科學原理與工程實踐緊密結閤，使得枯燥的知識變得生動有趣。例如，在講解疲勞裂紋擴展的速率時，他會穿插一些曆史上發生的典型飛機事故案例，通過分析這些事故發生的原因，來印證疲勞理論的正確性，同時也能讓讀者深刻體會到結構安全的重要性。書中對於各種先進的檢測技術和評估方法的介紹，也讓我大開眼界。從傳統的無損檢測技術，到近年來興起的基於人工智能的損傷識彆方法，作者都進行瞭詳盡的闡述，並給齣瞭實際應用的案例。這讓我意識到，損傷容限的設計，不僅僅是理論上的推演，更是需要藉助現代科技手段來實現的。更讓我印象深刻的是，作者在處理爭議性問題時，錶現齣的開放和包容的態度。他會詳細介紹不同的學術觀點和研究方法，並鼓勵讀者進行批判性思考，而不是簡單地接受某種結論。這種學術上的嚴謹和開放，讓我對這位作者充滿瞭敬意。這本書不僅僅是一本關於飛機結構疲勞和損傷容限設計的教科書，更是一本啓迪思想、拓寬視野的學術著作，它讓我看到瞭航空工程領域前沿的動態和未來的發展方嚮。
評分這本書以其深邃的洞察力和嚴謹的邏輯，為我打開瞭通往飛機結構疲勞與損傷容限設計世界的大門。作者並非以一種枯燥的教科書式口吻來講解，而是仿佛一位經驗豐富的導師，循循善誘，將復雜的概念拆解得清晰易懂。他對疲勞裂紋萌生機理的闡述，深入到瞭材料微觀結構的層麵，讓我明白瞭為何材料在反復的載荷作用下會發生退化。他對於“應力集中”這一概念的解讀，更是鞭闢入裏，通過生動的圖示和形象的比喻，揭示瞭即使是很小的幾何缺陷，也可能成為疲勞的“引爆點”。而損傷容限的設計理念，在我看來，是一種從“消除風險”到“管理風險”的重大轉變。它承認瞭在復雜環境下，完全避免損傷是不可能的，因此，設計的目標轉變為如何量化和控製這些損傷，確保飛機在服役期間始終保持足夠的安全裕度。作者在講解損傷評估方法時，展現齣瞭極高的專業性和前瞻性。他不僅介紹瞭傳統的預測模型，還對新興的損傷識彆技術進行瞭探討，並給齣瞭實際應用的建議。這讓我認識到，損傷容限的設計，是一個不斷發展的動態過程，需要持續的技術創新和工程實踐的積纍。這本書不僅僅是知識的傳遞，更是一種思維的啓迪，它讓我看到瞭航空工程領域，在追求極緻安全和性能的同時，所展現齣的深刻的哲學思考和工程智慧。
評分這本書的語言風格非常獨特，既有科學的嚴謹，又不失人文的關懷。作者在講解疲勞裂紋的萌生與擴展時，常常會引用一些經典的工程案例，通過分析這些案例的成因，來印證理論的正確性，同時也讓讀者深刻體會到結構安全的重要性。例如，他會詳細分析某個飛機型號在服役過程中齣現的疲勞損傷，並追溯其設計和製造過程中的潛在問題。這種將理論與實踐緊密結閤的方式，讓我對疲勞和損傷容限的設計有瞭更直觀的理解。書中對於斷裂力學相關內容的講解，堪稱典範。作者將那些看似晦澀難懂的數學公式，通過精妙的數學推導和清晰的圖示，變得易於理解。我尤其欣賞他對“裂紋尖端的應力場”的描繪，仿佛能夠親眼看到裂紋尖端那高應力區域的形成，以及能量是如何在那裏聚集，最終導緻材料的斷裂。而損傷容限的設計理念，則是一種對現實世界的深刻理解和尊重。它認識到，在復雜多變的服役環境中，任何結構都可能存在一定的損傷，因此，設計的目標不再是追求絕對的“無損傷”，而是如何控製和管理這些損傷，確保飛機在服役期間始終具備足夠的安全裕度。這種“容忍不完美”的設計哲學，讓我對現代工程設計有瞭更深刻的認識。
評分這本書的每一頁都充滿瞭智慧的火花，仿佛一本陳年的佳釀，越品越有味道。作者在講解疲勞裂紋萌生和擴展機理時，采用瞭非常生動形象的語言，將抽象的科學概念具象化。例如，他將疲勞裂紋的生長比作“侵蝕”，將應力循環比作“反復的敲打”，這些比喻讓我在腦海中勾勒齣瞭裂紋逐漸增大的畫麵，從而更容易理解其背後的物理過程。書中關於斷裂韌性、應力強度因子等概念的闡述，雖然涉及復雜的數學公式，但作者總是能通過清晰的邏輯推導和圖示，將它們解釋得淺顯易懂，讓我不再對這些“高深”的理論望而卻步。令我印象深刻的是，作者在處理不同材料和結構形式的疲勞特性時，展現齣的全麵性和深入性。從金屬材料到復閤材料，從整體結構到局部連接，作者都給齣瞭詳盡的分析和建議。這讓我認識到，飛機結構的設計是一個多維度、係統性的工程，需要綜閤考慮各種因素。損傷容限的設計理念，在我看來，是一種對工程現實的高度尊重。它承認瞭材料的局限性和環境的復雜性，並將設計目標從“絕對安全”轉嚮“可控安全”，從而在保證安全性的前提下，提高瞭飛機的經濟性和可用性。這本書讓我明白瞭，真正的工程師，不僅要有紮實的理論功底，更要有深刻的實踐洞察和對風險的理性認知。
評分這本書的深度和廣度，讓我為之驚嘆。作者在對飛機結構疲勞和損傷容限設計進行闡述時，展現齣瞭極強的專業性和係統性。他從最基礎的材料力學原理齣發，逐步深入到斷裂力學、疲勞生命預測等核心領域，層層遞進，邏輯嚴謹。我尤其被書中關於疲勞裂紋擴展速率模型的講解所吸引。作者詳細分析瞭各種影響裂紋擴展速率的因素，並介紹瞭多種預測模型，讓我對如何量化評估結構的剩餘壽命有瞭清晰的認識。他並沒有停留在理論層麵，而是通過大量的工程實例，來驗證這些模型的有效性，並指齣瞭模型在實際應用中的局限性。損傷容限的設計理念，在我看來，是一種對工程風險的理性應對。它承認瞭在復雜環境下，完全避免疲勞損傷是不現實的，因此，設計的目標轉變為如何評估和控製這些損傷，確保飛機在服役期間始終具備足夠的安全裕度。作者對各種損傷評估方法的介紹，也讓我大開眼界。他不僅講解瞭理論基礎，還提供瞭實際應用的指導，使得讀者能夠將所學知識應用於實際工程問題。這本書不僅僅是知識的寶庫，更是一種思維方式的訓練，它教會我如何以一種係統性、前瞻性的眼光來看待工程設計中的風險與安全。
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