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第1章 概论1

1.1 航空结构设计思想的演变及其对材料力学性能的要求1

1.2 航空材料力学行为的表征与测试技术简介3

1.3 国内外相关技术进展7

1.3.1 国外在航空材料力学性能研究及表征和测试技术的最新进展7

1.3.2 北京航空材料研究院材料力学性能研究的进展8

1.3.3 未来我国航空材料力学性能研究和表征与测试工作的设想9

参考文献10

第2章 高温结构材料的力学性能测试技术11

2.1 高温直流电位法裂纹长度测量技术11

2.1.1 高温电位法的应用背景11

2.1.2 电位法的原理和方法12

2.1.3 直流电位法应用实例14

2.2 热机械疲劳性能测试技术16

2.2.1 试验方法及原理16

2.2.2 试样19

2.2.3 试验设备24

2.2.4 试验过程26

2.2.5 试验的终止和中断处理29

2.2.6 数据的获得与处理30

2.2.7 热机械疲劳曲线方程31

2.3 金属材料高温原位疲劳测试技术33

2.3.1 应用背景33

2.3.2 试验原理和方法34

2.3.3 应用实例35

2.4 粉末高温合金剩余疲劳寿命试验方法38

2.4.1 试验方法及原理39

2.4.2 试验步骤与过程40

2.4.3 试验设备41

2.5 金属板材热疲劳测试技术41

2.5.1 应用背景41

2.5.2 原理和方法42

2.5.3 应用实例44

参考文献45

第3章 各向同性高温结构材料的力学行为47

3.1 概述47

3.2 粉末镍基高温合金的常规力学行为47

3.2.1 粉末镍基高温合金的周期持久行为48

3.2.2 粉末镍基高温合金的疲劳裂纹扩展行为58

3.2.3 粉末镍基高温合金的低周疲劳行为65

3.2.4 粉末镍基高温合金的热机械疲劳行为73

3.3 轮盘材料的统一本构模型83

3.3.1 ZSGH4169合金的Chaboche型黏塑性统一本构模型83

3.3.2 FGH95合金的Chaboche型黏塑性统一本构模型96

3.3.3 FGH95合金的Bodner－Partom型黏塑性统一本构模型98

3.4 金属间化合物合金的力学行为103

3.4.1 合金层片组织方向对拉伸性能的影响103

3.4.2 低周疲劳寿命分析107

参考文献115

第4章 各向异性镍基高温合金的力学行为117

4.1 概述117

4.2 温度与取向对拉伸性能的影响117

4.2.1 单晶合金弹性行为117

4.2.2 晶体取向及温度对合金的屈服强度和抗拉强度的影响120

4.3 持久／蠕变行为123

4.3.1 单晶合金的蠕变强度123

4.3.2 单晶合金的蠕变断裂机制123

4.4 低周疲劳行为129

4.4.1 单晶合金的循环硬化行为130

4.4.2 单晶合金的循环拉压不对称性133

4.4.3 单晶合金的低周疲劳寿命137

4.4.4 单晶合金的低周疲劳断裂机制143

4.5 各向异性合金的本构模型148

参考文献153

第5章 结构钢在拉扭复合载荷下的疲劳裂纹扩展行为154

5.1 概述154

5.2 试验材料与试验方法155

5.2.1 试验材料155

5.2.2 试样156

5.2.3 疲劳试验方法158

5.2.4 J积分的计算方法160

5.3 循环扭转载荷下近门槛值的疲劳裂纹扩展行为161

5.3.1 循环扭转载荷下的裂纹扩展门槛值161

5.3.2 近门槛值附近的疲劳裂纹扩展行为162

5.3.3 疲劳裂纹尖端的屏蔽效应166

5.3.4 材料扭转疲劳强度的评价167

5.4 拉扭复合载荷下近门槛值的疲劳裂纹扩展行为168

5.4.1 裂纹扩展开始门槛值168

5.4.2 拉扭复合载荷下近门槛值的疲劳裂纹扩展行为169

5.4.3 疲劳断口观察170

5.4.4 裂纹扩展开始门槛值模型分析172

5.5 拉扭复合载荷下的弹塑性疲劳裂纹扩展行为173

5.5.1 疲劳裂纹的扩展行为173

5.5.2 疲劳裂纹的扩展机制176

5.6 小结180

参考文献181

第6章 小裂纹测试及疲劳全寿命预测183

6.1 概述183

6.2 小裂纹研究项目简介184

6.2.1 国际合作项目185

6.2.2 国内研究项目187

6.3 小裂纹扩展速率测试191

6.3.1 小裂纹扩展速率测试标准191

6.3.2 国内外标准对比192

6.3.3 小裂纹测试与表征的主要技术问题194

6.3.4 da/dN－△Keff基线及（△Keff）th测试技术200

6.3.5 腐蚀环境下蚀坑小裂纹监测技术201

6.4 基于小裂纹扩展的航空材料疲劳全寿命预测202

6.4.1 理论依据202

6.4.2 基于小裂纹扩展的航空材料疲劳全寿命预测方法203

6.4.3 初始裂纹尺寸ai和ci203

6.4.4 材料的da/dN－△Keff曲线和（△Keff）th值206

6.4.5 三维裂纹的断裂力学分析208

6.5 疲劳全寿命预测技术的验证与应用209

6.5.1 航空金属材料的验证209

6.5.2 含点蚀铝合金的疲劳全寿命预测213

6.5.3 焊接钛合金的疲劳全寿命预测220

6.5.4 喷丸强化铝合金材料的全寿命预测223

6.6 小结227

参考文献227

第7章 腐蚀环境下力学性能测试技术230

7.1 概述230

7.2 腐蚀环境下高周疲劳测试技术232

7.3 腐蚀环境下低周疲劳测试技术237

7.3.1 适用于腐蚀环境的应变规设计237

7.3.2 腐蚀环境低周疲劳试样的设计241

7.4 腐蚀环境下裂纹扩展自动测试技术243

7.4.1 腐蚀环境装置244

7.4.2 柔度法测量腐蚀环境下的疲劳裂纹长度244

7.4.3 柔度法与目测法测量结果的比较245

7.5 腐蚀环境下典型结构模拟件疲劳试验246

7.5.1 典型结构模拟件的腐蚀疲劳试验246

7.5.2 多位置损伤典型模拟件的疲劳裂纹扩展试验248

参考文献251

第8章 谱载条件下疲劳裂纹扩展行为和损伤容限性能表征技术252

8.1 概述252

8.2 疲劳裂纹扩展研究进展253

8.2.1 恒幅疲劳裂纹扩展公式253

8.2.2 典型的过载疲劳裂纹扩展模型255

8.3 疲劳裂纹扩展参数的获取261

8.3.1 谱载疲劳裂纹扩展试验方法261

8.3.2 工程法获取疲劳裂纹扩展参数263

8.3.3 最佳拟合法获取疲劳裂纹扩展参数270

8.4 谱载下疲劳裂纹扩展模型272

8.4.1 谱载寿命预测程序272

8.4.2 谱载疲劳裂纹扩展模型参数的获取273

参考文献278

第9章 聚合物基复合材料力学行为280

9.1 复合材料的定义及分类280

9.2 聚合物基复合材料的力学性能特征281

9.2.1 高比强度和高比模量281

9.2.2 非均质性和各向异性282

9.2.3 损伤、断裂和疲劳行为282

9.2.4 性能数据的分散性283

9.3 聚合物基复合材料力学性能国内外标准试验方法对比283

9.3.1 国外复合材料力学性能测试标准的现状283

9.3.2 国内复合材料力学性能测试标准的现状283

9.3.3 国内外标准的对比分析284

9.4 聚合物基复合材料环境老化行为299

9.4.1 碳纤维增强聚合物基复合材料的吸湿特性299

9.4.2 碳纤维增强聚合物基复合材料的热老化行为309

9.4.3 聚合物基复合材料的老化机理316

参考文献329

第10章 航空有机玻璃的力学性能研究332

10.1 航空有机玻璃的力学性能特征332

10.2 航空有机玻璃的环境老化性能研究333

10.2.1 航空有机玻璃环境老化后宏观性能的研究333

10.2.2 航空有机玻璃环境老化后微观性能的研究337

10.3 航空有机玻璃的疲劳性能研究341

10.3.1 航空有机玻璃的拉伸疲劳性能研究341

10.3.2 航空有机玻璃疲劳裂纹扩展性能研究354

参考文献359

第11章 疲劳裂纹起始的数值模拟模型361

11.1 研究背景361

11.2 国际上近年来数值模拟的研究进展365

11.2.1 裂纹萌生的Tanaka－Mura模型365

11.2.2 Hoshide模型366

11.2.3 Tryon模型368

11.2.4 Brueckner－Foit＆Huang模型370

11.2.5 Glodez模型372

11.3 马氏体结构钢的疲劳裂纹萌生过程373

11.3.1 材料373

11.3.2 Voronoi多晶体模型和有限元分析373

11.3.3 疲劳裂纹萌生寿命模拟376

11.4 铁素体钢和两相材料马氏体—铁素体钢裂纹起始的模拟379

参考文献382