Cumulative Damage of Welded Joints pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:CRC Pr I Llc

作者:Gurney, T.R. 编

出品人:

页数:442

译者:

出版时间:2006-10

价格:$ 338.94

装帧:HRD

isbn号码:9780849334757

丛书系列:

图书标签:

焊接
疲劳
损伤累积
焊接接头
结构完整性
断裂力学
应力
寿命预测
材料力学
可靠性

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具体描述

Fatigue is a mechanism of failure which involves the formation and growth of cracks under the action of repeated stresses. Ultimately, a crack may propagate to such an extent that total fracture of the member may occur. To avoid fatigue it is essential to design the structure with inherent fatigue strength. However, fatigue strength for variable amplitude loading is not a constant material property and any calculations are necessarily built on a number of assumptions. "Cumulative Damage of Welded Joints" explores the wealth of research in this important field and its implications for the design and manufacture of welded components. After an introduction, chapter two introduces the constant amplitude database, which contains results obtained in test conditions and which forms the basis of the basic S-N curves for various types of joint.Chapter three discusses the influence of residual stresses which can have a marked effect on fatigue behaviour. Chapter four explores variable amplitude loading and the problem of how information from laboratory tests, obtained under constant amplitude conditions, can be applied to the design of structures for service conditions. This problem is further investigated in the next chapter which is devoted to two and three level load testing. Chapters six, seven and eight look at the influence that the variety of variable loading spectra can have on fatigue strength, whether narrow or wide band loading or cycles of small stress range. Taking all of this knowledge, chapter nine discusses structure designs. "Cumulative Damage of Welded Joints" is a comprehensive source of invaluable information for welding engineers, supervisors, inspection personnel and designers. It will also be of great interest for academics working in the fields of structural and mechanical engineering.

结构完整性与疲劳失效的深度探索：先进材料与连接技术的前沿应用本书聚焦于现代工程结构中至关重要的一个领域：结构完整性的评估、疲劳寿命的预测以及复杂连接界面的失效机制研究。本书超越了对单一材料或简单接头的常规分析，深入探讨了在多相荷载、极端环境以及长期服役条件下，先进结构体系所面临的挑战。全书共分为五大部分，共计十八章，层层递进地构建了一个从微观损伤演化到宏观结构响应的完整知识体系。 --- 第一部分：基础理论与现代损伤力学 (Foundational Theories and Modern Damage Mechanics) 本部分为后续高级分析奠定了坚实的理论基础，重点关注损伤的无标度描述和能量驱动机制。第一章：连续介质损伤力学的新范式 (A New Paradigm in Continuum Damage Mechanics) 本章首先回顾了经典的弹塑性损伤模型（如Kachanov和Lemaitre模型）的局限性，随后引入了梯度损伤理论，探讨了引入空间梯度项如何有效避免网格依赖性问题，尤其是在描述裂纹萌生和局部化集中区域时的优势。重点分析了随机损伤分布的概率密度函数在描述材料宏观性能退化中的应用。第二章：能量释放率与断裂韧性的多尺度耦合 (Multiscale Coupling in Energy Release Rate and Fracture Toughness) 本章深入探讨了Griffith能量平衡原理在动态加载和冲击条件下的修正。特别强调了增量断裂韧性 ($J$-integral增量)的概念，用以量化在裂纹尖端塑性区扩展过程中能量耗散的速率。引入了本构关系层级桥接（Constitutive Relation Hierarchical Bridging）方法，连接了分子动力学模拟的原子尺度位错运动与有限元分析的连续体尺度疲劳累积。第三章：蠕变、疲劳与环境耦合的加速退化模型 (Accelerated Degradation Models for Creep, Fatigue, and Environmental Coupling) 详细分析了高温、高湿或腐蚀性介质对结构寿命的协同作用。引入了时间-温度等效原理 (TTSP)在蠕变损伤评估中的应用。提出了基于损伤累积速率的非线性微分方程，该方程综合考虑了应力水平、温度梯度以及腐蚀产物对界面结合强度的影响，特别适用于核能和航空发动机叶片等关键部件的寿命预测。 --- 第二部分：先进连接技术的微结构演化 (Microstructural Evolution in Advanced Joining Technologies) 本部分将焦点集中于现代工业中广泛应用的高性能连接方式，剖析其在制造过程和服役过程中的微观变化。第四章：摩擦搅拌焊（FSW）的热力学与残余应力场 (Thermodynamics and Residual Stress Fields in Friction Stir Welding) 本书不对FSW的工艺参数做通用描述，而是聚焦于搅拌头运动过程中，搅拌区（Stir Zone）的动态再结晶行为及其对晶粒尺寸的精确控制。量化了界面处热循环导致的残余拉应力集中，并建立了一个模型来预测这些残余应力如何作为初始疲劳裂纹萌生的催化剂。第五章：钎焊与扩散连接的界面冶金学 (Interface Metallurgy in Brazing and Diffusion Bonding) 本章侧重于液态金属润湿性与固态扩散速率的平衡。重点研究了脆性中间相的形成与抑制。通过扫描透射电镜（STEM）图像分析，揭示了Ni-Cr基钎料与陶瓷基体（如SiC）接触区域的非晶态层的形成机制，以及该层在热冲击下的剥离倾向。第六章：异种材料粘接界面的应力梯度分析 (Stress Gradient Analysis in Dissimilar Material Adhesion Interfaces) 探讨了复合材料（如碳纤维增强聚合物与金属基体）粘接中的关键粘接强度（Adhesion Strength）指标。采用了面内和面外剪切模量的梯度函数来描述界面过渡区的强度衰减，并提出了一种优化界面预处理工艺（如等离子蚀刻）以提高界面韧性的方法学。 --- 第三部分：疲劳裂纹的非线性扩展与寿命预测 (Nonlinear Crack Propagation and Lifetime Prediction) 这一部分是本书的核心，处理从裂纹萌生到最终结构断裂的全过程建模。第七章：裂纹尖端塑性区的弹塑性分析 (Elastoplastic Analysis of the Crack Tip Plastic Zone) 基于 Hutchinson-Rice-Poate (HRP) 场理论的修正，本章发展了一个能准确描述高周疲劳（HCF）和低周疲劳（LCF）下塑性区大小和形状的解析方法。特别关注了载荷波动和应力偏置（Mean Stress Effects）如何影响塑性区尺寸的周期性变化。第八章：多轴疲劳与渐进损伤累积 (Multiaxial Fatigue and Progressive Damage Accumulation) 超越了基于主应力方向的单轴模型，本章引入了关键平面（Critical Plane）方法与应变等效原理的结合，用于分析旋转弯曲和扭转载荷下的疲劳寿命。建立了一个基于能量耗散率的损伤门槛模型，用以确定裂纹在复杂载荷组合下的启裂条件。第九章：疲劳裂纹的非局部效应与断裂 (Non-Local Effects in Fatigue Crack Propagation and Fracture) 研究了在材料微观结构尺度上，裂纹扩展速率对局部应力状态的敏感性。重点分析了裂纹钝化和再成核的非局部机制，并利用虚拟裂纹（Virtual Crack）模型来模拟裂纹尖端区域的有效断裂功耗，以提高对快速扩展阶段（Fast Fracture）的预测精度。 --- 第四部分：先进检测与结构健康监测 (Advanced Inspection and Structural Health Monitoring) 本部分侧重于如何利用现代技术对服役中的结构损伤进行实时、无损的评估。第十章：超声波导波在大型结构中的损伤成像 (Ultrasonic Guided Waves for Damage Imaging in Large Structures) 探讨了如何利用Lamb波或Rayleigh波在板状结构中进行远距离检测。重点在于信号处理的反演算法，特别是基于时差定位（TDOA）的损伤源三角定位技术，以及如何区分由腐蚀和由分层/微裂纹引起的波形特征变化。第十一章：电磁声换能器（EMAT）与导电材料的无接触检测 (Electromagnetic Acoustic Transducers (EMAT) and Non-Contact Inspection of Conductive Materials) 详细介绍了EMAT的工作原理，并将其应用于评估焊缝内部的表面裂纹或亚表面孔隙率。本章提供了一套系统性的校准流程，用以消除由于磁导率变化（例如热影响区微结构变化）对超声波幅度的干扰。第十二章：基于光纤布拉格光栅（FBG）的应变梯度监测 (Strain Gradient Monitoring via Fiber Bragg Gratings) 论述了高密度FBG阵列在结构监测中的部署策略。核心内容是如何通过相邻光栅点记录的应变梯度分布，反推出结构内部的载荷路径变化和潜在的疲劳敏感区域，从而实现对结构健康的主动预警。 --- 第五部分：服役性能优化与结构寿命延长 (Service Performance Optimization and Life Extension Strategies) 本书的最后一部分着眼于工程实践，提供了减轻损伤影响和延长结构寿命的先进策略。第十三章：应力强度因子场中应力重分布的技术 (Techniques for Stress Intensity Factor Field Redistribution) 系统地介绍了表面预应力技术（如滚压、喷丸强化）对疲劳寿命的提升机制。通过有限元模拟，量化了预应力层深度和残余压应力大小对裂纹启裂应力强度因子($K_{th}$)的影响。第十四章：复合材料与金属界面的疲劳修复与再激活 (Fatigue Repair and Re-activation of Composite-Metal Interfaces) 针对服役中受损的粘接界面，本章提出了一种局部激光焊接预处理结合高模量环氧树脂二次修复的方案。分析了修复层与原有基材之间的模量失配如何影响二次载荷下的界面应力再分配。第十五章：随机载荷下的生命周期评估与维护计划 (Life Cycle Assessment and Maintenance Planning under Stochastic Loading) 本章整合了前述的损伤模型与概率论，构建了基于可靠性指标的动态维护决策模型。模型采用马尔可夫链（Markov Chains）来描述结构状态从“完好”到“临界失效”的转移概率，以确定最优的退役或大修时间点，实现资源的最优化配置。第十六章：极端环境下的材料选择与结构设计准则 (Material Selection and Design Criteria for Extreme Environments) 提供了针对超低温（如液化天然气运输）和高辐射（如聚变堆内部结构）环境的材料数据库分析。重点阐述了如何根据环境诱发的氢脆或辐照脆化风险，调整传统的安全系数设计方法。第十七章：损伤容限设计中的断裂力学应用 (Application of Fracture Mechanics in Damage Tolerant Design) 详细阐述了慢裂纹扩展测试（Slow Crack Growth Testing）的标准程序，并将其结果转化为设计规范中的允许损伤尺寸（Allowable Flaw Size）。强调了在初始设计阶段即需嵌入损伤容限理念，而非事后补救。第十八章：数字孪生与预测性维护的集成框架 (Integrated Framework for Digital Twins and Predictive Maintenance) 本书的总结部分，探讨了如何利用实时监测数据（来自第四部分的技术）构建结构的数字孪生模型。该模型能够实时反馈当前累积损伤的精确位置和程度，并与寿命预测模型（第三部分）联动，实现真正意义上的预测性维护（PdM），从而最大化结构运行的经济效益和安全性。