本书结合力学、机械学、材料学等学科，从理论到试验阐述疲劳强度设计理论与方法，主要内容包括疲劳强度理论的力学基础、疲劳破坏的宏微观特征、材料的循环应力应变特性、疲劳载荷特性与处理方法、基于应力的疲劳分析理论、基于应变的疲劳分析理论、疲劳裂纹扩展寿命的估算、疲劳强度可靠性设计、多轴疲劳和基于频域的疲劳分析方法，是一本论述疲劳强度理论和反映机械疲劳强度学科内容的书籍。

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目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 疲劳强度研究的意义 1
1.2 疲劳强度研究的发展简史 2
参考文献 5
第2章 疲劳强度理论的力学基础 6
2.1 应力状态分析 6
2.1.1 一点的应力状态 6
2.1.2 主应力与应力主方向 7
2.1.3 平面问题中的主应力 8
2.1.4 应力不变量 10
2.1.5 等倾斜面上的正应力与剪应力 11
2.1.6 静水应力 12
2.1.7 应力张量的分解 12
2.1.8 等效应力 15
2.2 应变状态分析 15
2.2.1 应变及几何方程 15
2.2.2 主应变 18
2.2.3 应变张量的分解 19
2.2.4 等效应变 19
2.3 弹性应力应变关系 20
2.4 弹塑性应力应变关系 21
2.4.1 各种常用的理想化材料模型的本构方程 21
2.4.2 屈服条件 25
2.4.3 塑性本构关系 29
参考文献 34
第3章 金属疲劳的宏微观特征 35
3.1 疲劳破坏的宏观特征 35
3.2 疲劳裂纹形成的微观过程 38
3.3 疲劳裂纹萌生机制 39
3.4 疲劳裂纹扩展的微观过程 42
3.5 疲劳裂纹扩展机理 43
参考文献 45
第4章 材料的循环应力应变特性 46
4.1 单轴循环应力应变特性 46
4.1.1 工程应力应变与真应力应变 46
4.1.2 真应力(应变)与工程应力(应变)之间的关系 46
4.2 循环应力特征参数 48
4.3 材料的循环应力-应变曲线 49
4.4 材料的Masing特性 52
4.5 材料的记忆特性 52
4.6 循环硬化与软化 53
4.7 载荷顺序的影响 55
4.8 多轴循环应力-应变曲线 56
4.8.1 多轴循环应力应变关系试验 56
4.8.2 多轴循环加载下材料的迟滞回线特性 57
4.8.3 比例加载下循环应力-应变曲线 59
4.8.4 非比例加载下循环应力-应变曲线 60
参考文献 62
第5章 疲劳载荷特性与处理方法 63
5.1 疲劳载荷的分类 63
5.2 随机载荷处理方法 64
5.2.1 循环计数法 64
5.2.2 累积频次曲线 70
5.3 载荷谱的编制方法 73
参考文献 74
第6章 基于应力的疲劳分析理论 75
6.1 材料的应力-寿命(S-N)曲线 75
6.2 材料的概率-应力-寿命(P-S-N)曲线 76
6.3 疲劳极限线图 78
6.4 疲劳极限方程 80
6.5 基于应力疲劳强度设计方法的影响因素 81
6.5.1 尺寸的影响 81
6.5.2 应力集中的影响 82
6.5.3 表面状态的影响 83
6.5.4 载荷的影响 84
6.5.5 温度的影响 84
6.6 基于应力的疲劳强度设计方法 85
6.6.1 疲劳损伤累积理论 85
6.6.2 单向循环应力下的安全系数 93
6.6.3 平面应力下的安全系数 97
6.6.4 常规疲劳设计中的寿命估算 100
6.6.5 随机应力载荷下的疲劳寿命估算 102
参考文献 103
第7章 基于应变的疲劳分析理论 104
7.1 材料的应变-寿命曲线 104
7.2 局部应变法估算疲劳裂纹形成寿命原理 107
7.3 局部应力应变分析 108
7.3.1 Neuber近似计算方法 108
7.3.2 修正的Neuber法 111
7.4 局部应变法估算疲劳裂纹形成寿命 111
7.4.1 局部应变法估算疲劳裂纹形成寿命的总体步骤 111
7.4.2 所需的材料疲劳性能参数 111
7.4.3 循环计数 112
7.4.4 损伤计算 112
7.4.5 损伤累积 114
参考文献 117
第8章 疲劳裂纹扩展寿命的估算 118
8.1 应力强度因子 118
8.2 断裂韧性与断裂判据 120
8.3 裂纹尖端塑性区尺寸及KI的塑性修正 122
8.4 疲劳裂纹扩展速率 124
8.5 影响疲劳裂纹扩展速率的因素 125
8.6 裂纹扩展寿命的估算 126
8.7 疲劳短裂纹扩展 132
8.7.1 短裂纹现象 132
8.7.2 短裂纹扩展机制 133
8.7.3 基于短裂纹扩展速率模型 135
8.7.4 基于短裂纹扩展的寿命预测 136
参考文献 138
第9章 疲劳强度可靠性设计 140
9.1 引言 140
9.2 可靠性的定义 140
9.2.1 可靠性设计的基本内容 140
9.2.2 可靠性特征量 141
9.2.3 失效特征量 141
9.3 可靠性常用概率分布 145
9.4 应力-强度干涉模型 150
9.5 疲劳寿命可靠性 155
9.5.1 等幅应力作用下零件的疲劳寿命及可靠度 155
9.5.2 多级变幅应力作用下的零件在给定寿命时的可靠度 157
参考文献 158
第10章 多轴疲劳 159
10.1 多轴疲劳的概念 159
10.2 多轴循环应力应变关系 159
10.2.1 循环变形基础 160
10.2.2 多轴循环塑性模型 164
10.2.3 多轴比例循环加载下循环应力应变关系 167
10.2.4 多轴非比例循环加载下循环应力应变关系 169
10.3 多轴疲劳破坏准则 174
10.3.1 基于应力的疲劳破坏准则 175
10.3.2 基于应变的疲劳破坏准则 175
10.3.3 循环塑性功的疲劳破坏理论 176
10.3.4 临界平面法 177
10.4 多轴低周疲劳损伤模型 178
10.4.1 基于正应变或剪应变的多轴疲劳损伤模型 179
10.4.2 Bannantine模型 179
10.4.3 Fatemi-Socie模型 180
10.4.4 Wang-Brown模型 180
10.4.5 统一型多轴疲劳损伤模型 180
10.5 变幅多轴疲劳寿命预测方法 181
10.5.1 多轴循环计数方法 181
10.5.2 变幅多轴疲劳寿命预测步骤 186
参考文献 189
第11章 基于频域的疲劳分析方法 193
11.1 引言 193
11.2 随机过程基本理论 193
11.3 窄带随机载荷下疲劳损伤计算 202
11.4 宽带随机载荷下疲劳损伤计算 207
参考文献 211

　　《疲劳强度理论/北京工业大学研究生创新教育系列著作》：
　　第1章 绪论
　　1.1 疲劳强度研究的意义
　　疲劳是指材料、零件或构件在循环加载下，经过一段时间发生突然脆性断裂的现象。
　　飞机、船舶、机车、汽车、动力机械、工程机械、冶金机械等主要零部件，大多数是在循环变化的载荷下工作，其主要失效形式之一为疲劳断裂。据统计，在机械零件失效中大约有80%以上属于疲劳破坏，而且疲劳破坏前没有明显的变形，所以疲劳破坏经常造成重大事故。早在1982年美国联邦政府调查结果就表明，因机械设备疲劳寿命设计不当造成的事故损失占国民经济总产值的4.4%，由疲劳断裂引起的事故占机械结构失效破坏总数的95%。在目前竞争日益激烈的世界机电设备市场上，用户对机械设备的使用寿命提出了明确的要求，因此多年来发达国家一直在研究机械疲劳有限寿命设计。例如，1998年美国克莱斯勒汽车公司花费100万美元在产品开发部门引进现代疲劳寿命设计技术，其结果节约开发新车型成本费150多万美元，缩短产品定性周期3年多。由此可见，在强调重量轻、能耗低、寿命长的高新产品的要求下，结构疲劳强度的研究无疑具有重要的研究价值。
　　对承受循环载荷的零件或构件，需要由疲劳强度理论和疲劳试验数据确定其合理的结构和尺寸。疲劳强度设计方法也是现代机械设计方法的一个重要组成部分。疲劳强度由零件的局部应力状态和该处材料的疲劳性能来确定，因此疲劳强度设计是针对零件最弱部位来进行的。通过改进零件的形状，尽量避免过大的应力集中以降低峰值应力，或在最薄弱区域的表面采用强化工艺，使其疲劳强度显著提高。
　　早期的机械设计，没有认识到材料的疲劳现象，设计过程中只考虑静强度，而不考虑循环动应力对零件寿命的影响，由此设计出来的机械产品经常在运行一段时间后，即经过一定次数的应力循环后而产生了疲劳，导致突然发生脆性断裂。如第一架喷气式民用客机“彗星号”，1952年5月开始运营并经过300小时的飞行试验。1954年1月，在经过检查仅4天后该飞机坠入地中海。在对大量的飞机残骸进行回收检测，研究后得出结论：此次事故是机身连接倒角处出现微小裂纹导致密封增压舱的疲劳失效引起的。之后又有两架“彗星号”飞机发生灾难性事故，此后人们开始着重关注飞机疲劳设计。因此应用疲劳强度设计能保证机械在给定的寿命内安全可靠地运行，以防止疲劳破坏，避免灾难性事故的发生。
　　1.2 疲劳强度研究的发展简史
　　最早进行疲劳试验的是德国的Albert。1829年他首先对铁质的矿山升降机焊接链条支撑在直径为12英寸的圆盘上，一端受载，利用圆盘的来回摆动进行了反复的加载试验研究。结果发现，在一定的反复加载次数下，焊接链条发生了破坏现象。
　　1839年，法国人Poncelet首先使用了“疲劳”的概念来描述反复加载过程中材料或零件发生破坏的现象。
　　德国人WOhler于1850年设计了第一台疲劳试验机，在1850～1870年，Wohler在实验室针对机车车轴的失效破坏进行了很多反复加载下的疲劳试验，并首次对疲劳进行了系统的研究，因此WOhler被认为是系统疲劳试验研究之父。他通过S-N曲线表明，疲劳寿命随着应力幅的增大而降低，在低于一个应力幅极限值时，试件不会发生疲劳断裂。同时指出对于疲劳而言，应力幅的影响比**应力更为重要。他在1871年发表的论文中，系统地论述了疲劳寿命与循环应力之间的关系，提出了S-N曲线和疲劳极限的概念，从而奠定了金属疲劳研究的基础。
　　1870～1899年，许多学者验证并扩展了WOhler的研究。Gerber等研究了平均应力的影响，Goodman提出了一个简化的公式来考虑平均应力，从而形成了描述平均应力与应力幅值之间变化关系的疲劳极限线图，即Gerber、Goodman等提出的常规疲劳设计用的疲劳极限线图。
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