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绪论1

0.1 承压设备的特殊性与危险性1

0.2 以弹塑性理论为依据的设计方法面临挑战1

0.3 断裂力学与“合乎使用”的准则3

0.3.1 断裂力学的兴起与发展3

0.3.2 “质量控制”和“合乎使用”的准则4

第1篇 金属材料的脆性断裂力学基础7

第1章 金属材料与结构的脆性断裂7

1.1 裂纹及其对材料与结构强度的影响7

1.1.1 裂纹的分类7

1.1.2 裂纹对材料强度的影响8

1.2 能量释放率断裂理论10

1.2.1 Griffith能量释放率理论10

1.2.2 Orowan理论11

1.2.3 能量释放率及其断裂判据12

1.2.4 裂纹扩展能量释放率的计算12

1.2.5 能量释放率的裂纹扩展阻力与阻力曲线14

1.3 应力强度因子断裂理论14

1.3.1 Ⅰ型裂纹尖端附近处的应力场和位移场15

1.3.2 Ⅱ型与Ⅲ型裂纹尖端附近处的应力场与位移场16

1.3.3 Ⅰ型裂纹应力强度因子的计算17

1.3.4 G与K的关系27

1.3.5 应力强度因子理论的断裂判据及其应用29

1.3.6 金属材料平面应变断裂韧度的KIc测试30

1.4 Ⅰ型裂纹尖端的塑性区及KI因子的塑性修正36

1.4.1 Ⅰ型裂纹尖端的塑性区36

1.4.2 应力强度因子KI的塑性修正41

1.4.3 线弹性断裂力学的适用范围43

1.5 复合型裂纹的脆性断裂准则44

1.5.1 最大周向应力理论（σθ准则）45

1.5.2 能量释放率理论（G准则）45

1.5.3 应变能密度因子理论（S准则）46

1.5.4 复合裂纹脆性断裂理论的工程处理准则47

1.5.5 复合裂纹脆性断裂理论的应用实例48

参考文献51

第2章 金属材料的弹塑性断裂力学基础52

2.1 裂纹张开位移（COD）理论52

2.1.1 COD的定义53

2.1.2 COD参量δ的表达式54

2.1.3 COD理论的断裂判据61

2.1.4 材料临界COD的测试61

2.1.5 COD断裂理论的应用63

2.2 J积分理论65

2.2.1 J积分回路定义及其守恒性65

2.2.2 J积分与裂纹尖端应力应变场68

2.2.3 J和GI以及COD的关系69

2.2.4 J积分的工程估算方法71

2.2.5 J积分理论的启裂判据77

2.2.6 J积分的形变功定义77

2.2.7 J主导条件79

2.2.8 J积分理论的失稳扩展的判据79

2.3 弹塑性断裂韧度与阻力曲线的测试81

2.3.1 施加力F与位移V的关系曲线82

2.3.2 弹塑性断裂韧度δ特征值的测定82

2.3.3 弹塑性断裂韧度J特征值的测定84

2.3.4 材料阻力曲线的测试86

参考文献91

第3章 金属材料的疲劳破坏与寿命预测92

3.1 概述92

3.2 疲劳载荷与疲劳破坏93

3.2.1 疲劳载荷93

3.2.2 几种疲劳概念94

3.2.3 疲劳设计的观点94

3.2.4 疲劳破坏的过程95

3.3 疲劳裂纹的亚临界扩展速率与寿命预测97

3.3.1 疲劳裂纹扩展的门槛值97

3.3.2 疲劳裂纹的亚临界扩展速率98

3.3.3 疲劳裂纹扩展寿命的估算99

3.3.4 应用实例101

3.4 影响疲劳裂纹扩展的因素104

3.4.1 平均应力的影响104

3.4.2 过载峰的影响105

3.4.3 加载频率的影响107

3.4.4 温度的影响108

3.4.5 环境的影响108

3.5 应力腐蚀开裂与腐蚀疲劳裂纹扩展108

3.5.1 材料的应力腐蚀开裂108

3.5.2 材料的腐蚀疲劳破坏115

参考文献119

第2篇 承压设备安全评定技术与规范120

第4章 安全评定技术120

4.1 概述120

4.2 安全评定技术121

4.2.1 单判据评定技术121

4.2.2 双判据评定技术123

4.3 评定中安全系数的确定129

4.3.1 总安全系数129

4.3.2 分安全系数130

4.3.3 概率分安全系数130

参考文献132

第5章 我国承压设备的安全评定技术134

5.1 前言134

5.2 平面缺陷的断裂失效评定135

5.2.1 断裂评定所需要的资料与数据136

5.2.2 平面缺陷的断裂评定143

5.3 非平面缺陷的断裂评定154

5.3.1 凹坑缺陷的断裂评定154

5.3.2 气孔与夹渣缺陷的断裂评定156

5.4 平面缺陷的疲劳评定157

5.4.1 疲劳评定所需数据的确定157

5.4.2 疲劳裂纹应力强度因子幅值△K的计算159

5.4.3 免于疲劳评定的判别158

5.4.4 疲劳裂纹扩展量的计算159

5.4.5 容许裂纹尺寸的计算与安全性评价160

5.4.6 平面缺陷疲劳评定例题160

5.5 非平面缺陷的疲劳评定163

5.5.1 评定步骤164

5.5.2 评定例题166

5.6 压力管道的安全评定169

5.6.1 概述169

5.6.2 含平面缺陷压力管道的安全评定170

5.6.3 含体积型缺陷压力管道的安全评定172

参考文献175

第6章 国外承压设备安全评定的相关标准176

6.1 概述176

6.2 欧洲工业结构完整性评定方法SINTAP176

6.2.1 基本内容177

6.2.2 多级评定与失效评定曲线177

6.2.3 SINTAP规程新发展的一些细节182

6.3 美国石油学会API 579:2007183

6.3.1 含局部减薄缺陷承压设备的评定184

6.3.2 受火损伤承压设备的评定191

6.4 英国标准BS7910:2005196

6.4.1 BS7910与PD6493196

6.4.2 “爆破前泄漏”的评定方法197

6.5 美国机械工程师学会锅炉与压力容器规范201

6.5.1 IWB-3640简介202

6.5.2 基于失效模式的评定规程和验收准则203

6.5.3 基于失效评定图的评定规程和验收准则211

6.5.4 根据施加应力的压力管道评定方法214

参考文献215

第7章 概率断裂力学及其安全评定基础216

7.1 概述216

7.2 可靠性分析基本原理及方法216

7.3 压力容器缺陷评定中主要参数的统计特性218

7.3.1 初始缺陷尺寸的分布规律218

7.3.2 裂纹检出率的分布规律219

7.3.3 缺陷尺寸参数的不确定性与无损检测概率（DP）的定量关系220

7.3.4 断裂韧度的分布规律221

7.4 压力容器缺陷概率安全评定221

7.4.1 压力容器缺陷概率安全评定方法研究进展221

7.4.2 例题225

7.5 模糊概率断裂简介226

7.6 随机有限元法在断裂力学中的应用230

7.6.1 位移偏导数？{u}/？Yj的计算230

7.6.2 应力偏导数？{σ}/？Yj的计算231

7.6.3 刚度矩阵偏导数？[K]/？Yj的计算231

7.6.4 Jacob矩阵的行列式的偏导数？｜J｜/？Yj的计算232

7.6.5 随机有限元方法在断裂力学中的应用232

参考文献233