Engineering Against Fracture pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Pantelakis

出品人:

页数:596

译者:

出版时间:2009-1

价格:$ 213.57

装帧:

isbn号码:9781402094019

丛书系列:

图书标签:

• Fracture Mechanics
• Engineering Failure
• Materials Science
• Structural Integrity
• Fatigue
• Welding
• Damage Tolerance
• Stress Analysis
• Case Studies
• Reliability Engineering

好的，以下是一本名为《Engineering Against Fracture》的图书的详细简介，内容专注于材料科学、结构设计以及断裂力学的应用，旨在为工程师和研究人员提供全面的理论基础和实践指导。 --- 《工程抗断裂：从微观机制到宏观结构完整性》 导论：断裂力学的核心地位与本书结构 结构失效，特别是突然而灾难性的断裂，一直是工程实践中最为严峻的挑战之一。从航空航天到民用基础设施，再到能源和医疗设备，材料和结构的可靠性直接关系到人身安全和经济效益。《工程抗断裂：从微观机制到宏观结构完整性》一书旨在为读者构建一个坚实的理论框架，深入剖析材料断裂的内在机制，并提供一套系统化的工具和方法，用于预测、预防和控制结构中的裂纹扩展。 本书的编排遵循了从基础科学原理到实际工程应用的逻辑路径。第一部分聚焦于断裂力学的基本概念和理论基础，特别是线弹性断裂力学（LEFM）和弹塑性断裂力学（EPFM）。第二部分深入探讨材料的微观结构特征如何影响其抗断裂性能，并考察了疲劳、蠕变和环境辅助断裂等关键失效模式。第三部分则将理论知识应用于实际工程设计和评估，重点介绍无损检测、风险评估和结构完整性管理。 本书的深度和广度使其不仅是材料科学、机械工程、土木工程等专业本科生和研究生的核心教材，也是需要处理高可靠性结构设计的资深工程师的宝贵参考手册。 --- 第一部分：断裂力学基础与分析方法 第一章：材料韧性、强度与裂纹萌生 本章首先回顾了传统材料力学中对屈服强度和极限强度的描述，并引入了断裂韧性的概念——材料抵抗裂纹扩展的能力。详细阐述了Griffith理论的能量守恒基础，解释了表面能与裂纹扩展之间的关系。随后，Irwin的应力强度因子（Stress Intensity Factor, SIF）被引入，作为描述裂纹尖端应力场的关键参数。读者将学习如何计算不同几何形状（如板件、圆柱体）中裂纹的SIF，以及边界条件对裂纹扩展阈值的影响。 第二章：线弹性断裂力学（LEFM）的定量分析 LEFM是处理脆性材料和低应力水平下裂纹扩展的首选工具。本章深入讲解了准静态裂纹扩展的判断准则，包括应力强度因子阈值 $K_{IC}$（平面应变断裂韧度）和裂纹张开位移（Crack Tip Opening Displacement, CTOD）。重点讨论了基于应力强度因子的裂纹扩展速率方程（如Paris-Erdogan定律的初始形式），以及如何利用数值方法（如有限元分析）求解复杂几何体的SIF。此外，本章还涵盖了裂纹增长的稳定性分析，探讨了材料硬化和应变硬化如何影响裂纹的临界尺寸。 第三章：弹塑性断裂力学（EPFM）与小范围屈服 在许多实际工程结构中，裂纹尖端区域会发生显著的塑性变形，此时LEFM的适用性受限。EPFM应运而生，用以描述这些情况。本章详细介绍了J积分（$J$-integral）作为描述裂纹尖端塑性场强度的核心参数。读者将学习如何计算J积分，特别是其与能量释放率（$G$）的关系。本章也探讨了小范围屈服（Small Scale Yielding, SSY）的理论基础，并介绍了与J积分等效的弹塑性参数，如基于CTOD的分析方法，为处理中等韧性材料的断裂问题提供了坚实的理论基础。 --- 第二部分：多模式失效与材料行为 第四章：疲劳断裂：裂纹的萌生、扩展与剩余寿命预测 疲劳是导致结构失效的最常见机制。本章系统性地分析了循环载荷下的材料响应。从应力-循环次数（S-N）曲线的构建到应变-循环次数（$varepsilon$-N）曲线（Coffin-Manson关系），为理解低周和高周疲劳奠定了基础。重点讲解了Paris定律在描述疲劳裂纹扩展中的应用，以及如何考虑应力比（R-ratio）的影响。此外，本章还探讨了断裂力学方法在疲劳寿命预测中的应用，特别是应力强度因子范围 $Delta K$ 与疲劳裂纹扩展速率的关系，以及临界疲劳裂纹尺寸的确定。 第五章：蠕变与高温断裂 在核能、燃气轮机和化工等高温应用场景中，蠕变（Creep）是主要的失效模式。本章阐述了蠕变断裂的物理机制，包括空洞的形成、聚集和链接。介绍了基于时间-温度参数（如Larson-Miller参数）的蠕变寿命预测方法。在断裂力学视角下，本章重点讨论了蠕变断裂的应力因子，如时间效应因子 $C^$（$C^$-integral），并探讨了蠕变损伤对结构剩余抗载荷能力的影响。 第六章：环境辅助断裂：腐蚀疲劳与氢致脆化 环境因素可以显著降低材料的断裂抗力。本章聚焦于环境辅助断裂（Environmental Assisted Fracture, EAF）。腐蚀疲劳（Corrosion Fatigue）结合了化学侵蚀和机械载荷，其裂纹扩展速率通常远高于单纯的疲劳。详细分析了环境介质如何加速裂纹尖端的化学溶解或氢气的扩散。氢致脆化（Hydrogen Embrittlement）作为一种严重的失效现象，被单独讨论，包括氢的扩散机制、氢与位错的交互作用，以及氢诱导裂纹（HIC）的敏感性评估。 --- 第三部分：结构完整性与风险管理 第七章：断裂的数值模拟与计算方法 现代工程评估严重依赖计算模拟。本章深入探讨了如何利用有限元方法（FEM）来模拟断裂过程。内容包括合适的单元选择（如XFEM，扩展有限元法），如何精确地模拟裂纹尖端奇异场，以及在弹塑性分析中应用J积分和CTOD的数值提取技术。此外，本章还涉及断裂过程中的网格重划分技术（Remeshing）和原子尺度模拟（如分子动力学）在理解微观断裂机制中的辅助作用。 第八章：无损检测与剩余寿命评估 预防断裂失效的关键在于早期发现和精确评估现有裂纹。本章详细介绍了各种无损检测（NDT）技术，包括超声波检测（UT）、声发射（AE）、磁粉检测（MT）和射线检测（RT），并讨论了它们在检测裂纹尺寸和位置上的局限性与优势。随后，本章将NDT数据与断裂力学分析相结合，构建结构剩余寿命预测模型，指导基于风险的检查（RBI）计划的制定。 第九章：结构设计与断裂安全标准 本书的终章将理论和实践成果汇集于结构设计环节。详细介绍了几种主流的断裂安全设计哲学，例如“容许裂纹尺寸设计”（Damage Tolerant Design）和“失效安全设计”（Fail-Safe Design）。通过分析ASME, API和FAA等标准中对材料断裂韧性的规定，读者将学会如何根据结构的关键性、载荷谱和环境条件来选择适当的安全裕度，确保在可接受的概率下，结构能够承受其预期寿命内的所有载荷而不发生灾难性断裂。 --- 总结： 《工程抗断裂：从微观机制到宏观结构完整性》是一部全面、深入且具有高度实践指导意义的著作。它系统地涵盖了从断裂本构理论到实际工程风险管理的全过程，是致力于提升结构可靠性和延长使用寿命的工程师和研究人员不可或缺的工具书。

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