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金属材料寿命的演变过程(“十一五”国家重点图书)

金属材料寿命的演变过程
金属材料寿命的演变过程(“十一五”国家重点图书)
作者:吴犀甲(著)

图书详细信息:
ISBN:978-7-312-02204-3
定价:28.00元
版本:1
装帧:软精装
出版年月:200905
丛书名称:当代科学技术基础理论与前沿问题研究丛书:中国科学技术大学校友文库

图书简介:

  古语云,千里之堤毁于蚁穴。金属材料的断裂起始于晶体缺陷,即位错和空位,它们在应力和温度的影响下遵循热统计动力学的规律发展成微观甚至宏观裂纹或空洞。本书结合材料物理变形机制,连续分布位错理论和连续介质断裂力学详细讨论了金属合金材料在蠕变,疲劳和热机械疲劳以及多重机制协同作用条件下裂纹萌生和扩展的过程和现象,从而推导出相应的裂纹扩展速率方程和寿命公式。 这些公式不仅补充了目前工程上采用的安全寿命法和损伤容限法,更重要的是,对发展一种新的范例——全寿命预测法做出贡献。因此,本书的意义在于为材料强度和寿命分析提供一个连贯的可发展的物理模型。它对工程结构的安全寿命周期管理有重要的参考价值。
  本书适用于从事金属材料和相关领域的科研工作者、高校师生和企事业单位的工程技术人员作为参考书。

前言:

  寿命预测是工程系统和产品寿命周期管理的一个重要组成部分。例如,它为顾客的高值设备保单、检修间隔时间保证安全和经济操作提供依据。更重要的是,其目的是防止可能发生危及人身安全或花费巨大财资的经济和环境灾害,例如轮船、航空器、核反应堆、管道、桥梁和近海平台等的灾难性故障。中国古代有一句话,千里之堤,毁于蚁穴。同理,一个庞大的机械结构的崩塌往往起始于材料的微小缺陷。因此,了解材料寿命的物理演变过程是非常重要的,这有利于在适当使用阶段采取有效的控制手段以避免灾难性事故发生。
  本书对金属材料的寿命演变问题分五个章节分别从不同的角度和在不同的尺度上进行讨论。
  第1章介绍晶体缺陷,即位错和空位以及它们在纳米尺度下的运动形式和受应力、温度的影响,重点在于由位错塞积的动力学推导出一个材料机械硬化的基本机制公式,并且它作为一条理解的引线贯穿其后章节,连接材料在微观和宏观尺度下的变形、裂纹萌生和扩展等各种各样的现象。
  第2章说明如何由位错机制引申出材料的基本变形行为。特别是根据上述前提提供一个对拉伸、压缩及疲劳、蠕变的统一描述。
  第3章用位错连续分布理论对各向异性体内位错塞积的两个基本形式——Zener-Stroh-Koehler (ZSK)类型和Bilby-Cottrel-Swinden (BCS)类型,进行数学处理并考虑位错与微观结构的相互作用。这一问题的公式化可以用于描述疲劳裂纹萌生和微裂纹的扩展。
  在第4章说明宏观裂纹(或者说长裂纹)在疲劳或蠕变条件下的扩展过程是由裂纹尖端塑性区或蠕变区域内上述位错机制的运作所产生的平均效应,其重点在于解释裂纹扩展率与裂纹尖端场控制参量,例如应力强度因子、微观结构和环境等因素的依赖性关系。
  第5章介绍一些寿命预测方面的工程方法,例如安全寿命法和损伤容限法。另外还简要地介绍一种新的范例——全寿命预测法,特别是要考虑多重机制或多重状态下的裂纹萌生和裂纹扩展以及它们的相互作用。一般损伤积累过程不是各子过程的线性总和,这要由损伤类型所决定。
  本书提供的基本物理模型都在适用范围内与实验观察行为进行了比较。
  本书是作者在加拿大国家研究院航空研究所结构材料性能实验室的研究工作总结。此处特别对为相关项目提供财政支持的各种机构和公司如加拿大国防部(DND)、国家研究院(NRC)、加英联合会、加拿大普拉特惠特尼公司等致以感谢。同时,作者也希望感谢他以前和现在的同事们,特别是威廉·华莱士博士、Ashok Koul博士、Jean-Pierre Immarigeon博士、彼得·Au和廖敏博士提供过建设性的讨论。作者对妻子曲小萌女士为整理文稿做出的大量繁琐工作表示由衷的感激。

目录:

总序

前言

第1章 速率过程和动力学

1.1 绝对速率理论

1.2 位错流动性的动力学表述

第2章 基本变形过程

2.1 拉伸变形

2.2 疲劳

2.3 蠕变

第3章 微观裂纹形核和扩展

3.1 连续分布位错理论

3.2 分解切应力

3.3 ZSK裂纹形核

3.4 BCS裂纹形核

3.5 疲劳裂纹形核

3.6 微观裂纹扩展

第4章 宏观裂纹扩展

4.1 断裂力学

4.2 疲劳裂纹扩展

4.3 蠕变裂纹扩展

第5章 寿命预测

5.1 安全寿命方法

5.2 损伤容限方法

5.3 全寿命方法

附录A  ZSK裂纹位错分布的求解

附录B  BCS裂纹位错分布的求解

附录C  NASA疲劳实验曲线



Copyright 2011 中国科学技术大学出版社
合肥市金寨路96号