本書結(jié)合力學(xué)、機械學(xué)、材料學(xué)等學(xué)科，從理論到試驗闡述疲勞強度設(shè)計理論與方法，主要內(nèi)容包括疲勞強度理論的力學(xué)基礎(chǔ)、疲勞破壞的宏微觀特征、材料的循環(huán)應(yīng)力應(yīng)變特性、疲勞載荷特性與處理方法、基于應(yīng)力的疲勞分析理論、基于應(yīng)變的疲勞分析理論、疲勞裂紋擴展壽命的估算、疲勞強度可靠性設(shè)計、多軸疲勞和基于頻域的疲勞分析方法，是一本論述疲勞強度理論和反映機械疲勞強度學(xué)科內(nèi)容的書籍。

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目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 疲勞強度研究的意義 1
1.2 疲勞強度研究的發(fā)展簡史 2
參考文獻 5
第2章 疲勞強度理論的力學(xué)基礎(chǔ) 6
2.1 應(yīng)力狀態(tài)分析 6
2.1.1 一點的應(yīng)力狀態(tài) 6
2.1.2 主應(yīng)力與應(yīng)力主方向 7
2.1.3 平面問題中的主應(yīng)力 8
2.1.4 應(yīng)力不變量 10
2.1.5 等傾斜面上的正應(yīng)力與剪應(yīng)力 11
2.1.6 靜水應(yīng)力 12
2.1.7 應(yīng)力張量的分解 12
2.1.8 等效應(yīng)力 15
2.2 應(yīng)變狀態(tài)分析 15
2.2.1 應(yīng)變及幾何方程 15
2.2.2 主應(yīng)變 18
2.2.3 應(yīng)變張量的分解 19
2.2.4 等效應(yīng)變 19
2.3 彈性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 20
2.4 彈塑性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 21
2.4.1 各種常用的理想化材料模型的本構(gòu)方程 21
2.4.2 屈服條件 25
2.4.3 塑性本構(gòu)關(guān)系 29
參考文獻 34
第3章 金屬疲勞的宏微觀特征 35
3.1 疲勞破壞的宏觀特征 35
3.2 疲勞裂紋形成的微觀過程 38
3.3 疲勞裂紋萌生機制 39
3.4 疲勞裂紋擴展的微觀過程 42
3.5 疲勞裂紋擴展機理 43
參考文獻 45
第4章 材料的循環(huán)應(yīng)力應(yīng)變特性 46
4.1 單軸循環(huán)應(yīng)力應(yīng)變特性 46
4.1.1 工程應(yīng)力應(yīng)變與真應(yīng)力應(yīng)變 46
4.1.2 真應(yīng)力(應(yīng)變)與工程應(yīng)力(應(yīng)變)之間的關(guān)系 46
4.2 循環(huán)應(yīng)力特征參數(shù) 48
4.3 材料的循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變曲線 49
4.4 材料的Masing特性 52
4.5 材料的記憶特性 52
4.6 循環(huán)硬化與軟化 53
4.7 載荷順序的影響 55
4.8 多軸循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變曲線 56
4.8.1 多軸循環(huán)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系試驗 56
4.8.2 多軸循環(huán)加載下材料的遲滯回線特性 57
4.8.3 比例加載下循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變曲線 59
4.8.4 非比例加載下循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變曲線 60
參考文獻 62
第5章 疲勞載荷特性與處理方法 63
5.1 疲勞載荷的分類 63
5.2 隨機載荷處理方法 64
5.2.1 循環(huán)計數(shù)法 64
5.2.2 累積頻次曲線 70
5.3 載荷譜的編制方法 73
參考文獻 74
第6章 基于應(yīng)力的疲勞分析理論 75
6.1 材料的應(yīng)力-壽命(S-N)曲線 75
6.2 材料的概率-應(yīng)力-壽命(P-S-N)曲線 76
6.3 疲勞極限線圖 78
6.4 疲勞極限方程 80
6.5 基于應(yīng)力疲勞強度設(shè)計方法的影響因素 81
6.5.1 尺寸的影響 81
6.5.2 應(yīng)力集中的影響 82
6.5.3 表面狀態(tài)的影響 83
6.5.4 載荷的影響 84
6.5.5 溫度的影響 84
6.6 基于應(yīng)力的疲勞強度設(shè)計方法 85
6.6.1 疲勞損傷累積理論 85
6.6.2 單向循環(huán)應(yīng)力下的安全系數(shù) 93
6.6.3 平面應(yīng)力下的安全系數(shù) 97
6.6.4 常規(guī)疲勞設(shè)計中的壽命估算 100
6.6.5 隨機應(yīng)力載荷下的疲勞壽命估算 102
參考文獻 103
第7章 基于應(yīng)變的疲勞分析理論 104
7.1 材料的應(yīng)變-壽命曲線 104
7.2 局部應(yīng)變法估算疲勞裂紋形成壽命原理 107
7.3 局部應(yīng)力應(yīng)變分析 108
7.3.1 Neuber近似計算方法 108
7.3.2 修正的Neuber法 111
7.4 局部應(yīng)變法估算疲勞裂紋形成壽命 111
7.4.1 局部應(yīng)變法估算疲勞裂紋形成壽命的總體步驟 111
7.4.2 所需的材料疲勞性能參數(shù) 111
7.4.3 循環(huán)計數(shù) 112
7.4.4 損傷計算 112
7.4.5 損傷累積 114
參考文獻 117
第8章 疲勞裂紋擴展壽命的估算 118
8.1 應(yīng)力強度因子 118
8.2 斷裂韌性與斷裂判據(jù) 120
8.3 裂紋尖端塑性區(qū)尺寸及KI的塑性修正 122
8.4 疲勞裂紋擴展速率 124
8.5 影響疲勞裂紋擴展速率的因素 125
8.6 裂紋擴展壽命的估算 126
8.7 疲勞短裂紋擴展 132
8.7.1 短裂紋現(xiàn)象 132
8.7.2 短裂紋擴展機制 133
8.7.3 基于短裂紋擴展速率模型 135
8.7.4 基于短裂紋擴展的壽命預(yù)測 136
參考文獻 138
第9章 疲勞強度可靠性設(shè)計 140
9.1 引言 140
9.2 可靠性的定義 140
9.2.1 可靠性設(shè)計的基本內(nèi)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 應(yīng)力-強度干涉模型 150
9.5 疲勞壽命可靠性 155
9.5.1 等幅應(yīng)力作用下零件的疲勞壽命及可靠度 155
9.5.2 多級變幅應(yīng)力作用下的零件在給定壽命時的可靠度 157
參考文獻 158
第10章 多軸疲勞 159
10.1 多軸疲勞的概念 159
10.2 多軸循環(huán)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 159
10.2.1 循環(huán)變形基礎(chǔ) 160
10.2.2 多軸循環(huán)塑性模型 164
10.2.3 多軸比例循環(huán)加載下循環(huán)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 167
10.2.4 多軸非比例循環(huán)加載下循環(huán)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 169
10.3 多軸疲勞破壞準則 174
10.3.1 基于應(yīng)力的疲勞破壞準則 175
10.3.2 基于應(yīng)變的疲勞破壞準則 175
10.3.3 循環(huán)塑性功的疲勞破壞理論 176
10.3.4 臨界平面法 177
10.4 多軸低周疲勞損傷模型 178
10.4.1 基于正應(yīng)變或剪應(yīng)變的多軸疲勞損傷模型 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 統(tǒng)一型多軸疲勞損傷模型 180
10.5 變幅多軸疲勞壽命預(yù)測方法 181
10.5.1 多軸循環(huán)計數(shù)方法 181
10.5.2 變幅多軸疲勞壽命預(yù)測步驟 186
參考文獻 189
第11章 基于頻域的疲勞分析方法 193
11.1 引言 193
11.2 隨機過程基本理論 193
11.3 窄帶隨機載荷下疲勞損傷計算 202
11.4 寬帶隨機載荷下疲勞損傷計算 207
參考文獻 211

　　《疲勞強度理論/北京工業(yè)大學(xué)研究生創(chuàng)新教育系列著作》：
　　第1章 緒論
　　1.1 疲勞強度研究的意義
　　疲勞是指材料、零件或構(gòu)件在循環(huán)加載下，經(jīng)過一段時間發(fā)生突然脆性斷裂的現(xiàn)象。
　　飛機、船舶、機車、汽車、動力機械、工程機械、冶金機械等主要零部件，大多數(shù)是在循環(huán)變化的載荷下工作，其主要失效形式之一為疲勞斷裂。據(jù)統(tǒng)計，在機械零件失效中大約有80%以上屬于疲勞破壞，而且疲勞破壞前沒有明顯的變形，所以疲勞破壞經(jīng)常造成重大事故。早在1982年美國聯(lián)邦政府調(diào)查結(jié)果就表明，因機械設(shè)備疲勞壽命設(shè)計不當造成的事故損失占國民經(jīng)濟總產(chǎn)值的4.4%，由疲勞斷裂引起的事故占機械結(jié)構(gòu)失效破壞總數(shù)的95%。在目前競爭日益激烈的世界機電設(shè)備市場上，用戶對機械設(shè)備的使用壽命提出了明確的要求，因此多年來發(fā)達國家一直在研究機械疲勞有限壽命設(shè)計。例如，1998年美國克萊斯勒汽車公司花費100萬美元在產(chǎn)品開發(fā)部門引進現(xiàn)代疲勞壽命設(shè)計技術(shù)，其結(jié)果節(jié)約開發(fā)新車型成本費150多萬美元，縮短產(chǎn)品定性周期3年多。由此可見，在強調(diào)重量輕、能耗低、壽命長的高新產(chǎn)品的要求下，結(jié)構(gòu)疲勞強度的研究無疑具有重要的研究價值。
　　對承受循環(huán)載荷的零件或構(gòu)件，需要由疲勞強度理論和疲勞試驗數(shù)據(jù)確定其合理的結(jié)構(gòu)和尺寸。疲勞強度設(shè)計方法也是現(xiàn)代機械設(shè)計方法的一個重要組成部分。疲勞強度由零件的局部應(yīng)力狀態(tài)和該處材料的疲勞性能來確定，因此疲勞強度設(shè)計是針對零件最弱部位來進行的。通過改進零件的形狀，盡量避免過大的應(yīng)力集中以降低峰值應(yīng)力，或在最薄弱區(qū)域的表面采用強化工藝，使其疲勞強度顯著提高。
　　早期的機械設(shè)計，沒有認識到材料的疲勞現(xiàn)象，設(shè)計過程中只考慮靜強度，而不考慮循環(huán)動應(yīng)力對零件壽命的影響，由此設(shè)計出來的機械產(chǎn)品經(jīng)常在運行一段時間后，即經(jīng)過一定次數(shù)的應(yīng)力循環(huán)后而產(chǎn)生了疲勞，導(dǎo)致突然發(fā)生脆性斷裂。如第一架噴氣式民用客機“彗星號”，1952年5月開始運營并經(jīng)過300小時的飛行試驗。1954年1月，在經(jīng)過檢查僅4天后該飛機墜入地中海。在對大量的飛機殘骸進行回收檢測，研究后得出結(jié)論：此次事故是機身連接倒角處出現(xiàn)微小裂紋導(dǎo)致密封增壓艙的疲勞失效引起的。之后又有兩架“彗星號”飛機發(fā)生災(zāi)難性事故，此后人們開始著重關(guān)注飛機疲勞設(shè)計。因此應(yīng)用疲勞強度設(shè)計能保證機械在給定的壽命內(nèi)安全可靠地運行，以防止疲勞破壞，避免災(zāi)難性事故的發(fā)生。
　　1.2 疲勞強度研究的發(fā)展簡史
　　最早進行疲勞試驗的是德國的Albert。1829年他首先對鐵質(zhì)的礦山升降機焊接鏈條支撐在直徑為12英寸的圓盤上，一端受載，利用圓盤的來回擺動進行了反復(fù)的加載試驗研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在一定的反復(fù)加載次數(shù)下，焊接鏈條發(fā)生了破壞現(xiàn)象。
　　1839年，法國人Poncelet首先使用了“疲勞”的概念來描述反復(fù)加載過程中材料或零件發(fā)生破壞的現(xiàn)象。
　　德國人WOhler于1850年設(shè)計了第一臺疲勞試驗機，在1850～1870年，Wohler在實驗室針對機車車軸的失效破壞進行了很多反復(fù)加載下的疲勞試驗，并首次對疲勞進行了系統(tǒng)的研究，因此WOhler被認為是系統(tǒng)疲勞試驗研究之父。他通過S-N曲線表明，疲勞壽命隨著應(yīng)力幅的增大而降低，在低于一個應(yīng)力幅極限值時，試件不會發(fā)生疲勞斷裂。同時指出對于疲勞而言，應(yīng)力幅的影響比**應(yīng)力更為重要。他在1871年發(fā)表的論文中，系統(tǒng)地論述了疲勞壽命與循環(huán)應(yīng)力之間的關(guān)系，提出了S-N曲線和疲勞極限的概念，從而奠定了金屬疲勞研究的基礎(chǔ)。
　　1870～1899年，許多學(xué)者驗證并擴展了WOhler的研究。Gerber等研究了平均應(yīng)力的影響，Goodman提出了一個簡化的公式來考慮平均應(yīng)力，從而形成了描述平均應(yīng)力與應(yīng)力幅值之間變化關(guān)系的疲勞極限線圖，即Gerber、Goodman等提出的常規(guī)疲勞設(shè)計用的疲勞極限線圖。
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