导语

  

内容提要

  

    疲劳破坏是结构的主要失效形式，因此结构的疲劳强度和疲劳寿命是结构性能研究的主要内容之一。姚卫星著的《结构疲劳寿命分析》系统阐述了结构疲劳寿命分析的基本原理、方法和过程。主要包括金属材料的疲劳性能、疲劳载荷谱、影响结构疲劳性能的主要因素、疲劳累积损伤理论、估算结构疲劳寿命的名义应力法、局部应力应变法和应力应变场强法、多轴疲劳、振动疲劳等内容。本书的特点是围绕结构疲劳寿命估算，系统地介绍了所需的材料性能、估算原理、估算方法和估算步骤，并给出了丰富的算例和工程实例。
    本书可供从事结构设计和结构强度研究的人员参考，也可作为研究生教材。

    姚卫星，博士，南京航空航天大学飞行器系教授，飞行器先进设计技术国防重点学科实验室主任，担任NH40四座轻型飞机和ZT191轻型运输机总设计师，兼任总装备部“飞机总体技术”专业组成员、空军航空装备可靠性工作决策支持系统飞机专家组专家。先后获得“做出优异成绩的中国博士学位获得者”、航空工业部“有突出贡献专家”、国防科工委“有突出贡献专家”、国防科技工业“511人才工程”学术带头人等多项荣誉。
    长期从事飞行器设计的教学和科研工作，在飞行器结构没汁理论研究方面取得了一些研究成果。提出和发展了飞机多学科设计优化（MDO）理论、结构抗疲劳设计场强法、结构拓扑优化的并行子空间方法、大展弦比机翼综合设计方法等多个飞行器设计理论和方法；发表论文250余篇，出版专著和教材5部；攻克了20多个飞行器型号的某些关键技术，获得7项省部级科技成果奖。

第1章  绪论
  1.1  疲劳
    1.1.1  疲劳定义
    1.1.2  疲劳的分类
  1.2  疲劳寿命
    1.2.1  按损伤发展定义的疲劳寿命
    1.2.2  由设计准则定义的疲劳寿命
    1.2.3  从使用角度定义的疲劳寿命
  1.3  疲劳寿命分析发展简史
  1.4  疲劳研究方法
    1.4.1  疲劳研究的三个尺度
    1.4.2  疲劳机制
    1.4.3  经验方法
    1.4.4  断裂力学方法
    1.4.5  讨论
  1.5  确定疲劳寿命的方法
第2章  金属材料的疲劳性能
  2.1  金属材料的拉伸特性
  2.2  金属材料的循环应力一应变特性
    2.2.1  循环硬化和循环软化
    2.2.2  循环蠕变和循环松弛
    2.2.3  Bauschinger效应
    2.2.4  Masing特性
    2.2.5  稳态循环应力-应变曲线
    2.2.6  记忆特性与可用性系数
    2.2.7  瞬态循环应力-应变曲线
  2.3  金属材料的S-N曲线
    2.3.1  S-N曲线
    2.3.2  S-N曲线的拟合
    2.3.3  等寿命曲线
    2.3.4  疲劳极限
    2.3.5  获得疲劳极限的试验方法
    2.3.6  疲劳极限图
    2.3.7  p-s-N曲线
  2.4  应变一寿命曲线
    2.4.1  △s-N曲线
    2.4.2  ζm-N曲线
第3章  疲劳载荷谱
  3.1  疲劳载荷谱的种类
    3.1.1  常幅谱
    3.1.2  块谱
    3.1.3  随机谱
  3.2  雨流法
  3.3  机动类飞机的载荷谱
    3.3.1  任务剖面
    3.3.2  载荷谱组成
  3.4  运输类飞机载荷谱
    3.4.1  突风载荷
    3.4.2  机动载荷
    3.4.3  地面载荷
    3.4.4  地-空-地循环
  3.5  试验谱编制
    3.5.1  高载截除
    3.5.2  低载删除
    3.5.3  载荷谱的等效
    3.5.4  飞-续-飞试验谱的编制
    3.5.5  严重谱
第4章  影响结构疲劳性能的主要因素
  4.1  应力集中的影响
    4.1.1  平均应力模型
    4.1.2  场强法模型
    4.1.3  断裂力学模型
    4.1.4  小结
    4.1.5  算例
    4.1.6  实例
  4.2  尺寸的影响
    4.2.1  均匀应力场的尺寸系数
    4.2.2  非均匀应力场的尺寸系数
  4.3  表面状态的影响
    4.3.1  表面加工粗糙度
    4.3.2  表层组织结构
    4.3.3  表层应力状态
  4.4  载荷的影响
    4.4.1  载荷类型的影响
    4.4.2  加载频率的影响
    4.4.3  平均应力的影响
    4.4.4  载荷波形的影响
    4.4.5  载荷停歇和持续的影响
第5章  疲劳累积损伤理论
  5.1  损伤的定义
  5.2  疲劳累积损伤理论及其分类
    5.2.1  三要素
    5.2.2  分类
    5.2.3  剩余寿命模型
    5.2.4  剩余强度模型
    5.2.5  剩余刚度模型
    5.2.6  小结
  5.3  线性疲劳累积损伤理论
    5.3.1  等损伤线性疲劳累积损伤理论
    5.3.2  等损伤分阶段线性疲劳累积损伤理论
    5.3.3  变损伤线性累积损伤理论
  5.4  非线性疲劳累积损伤理论
    5.4.1  Canen-Dolan理论
    5.4.2  Chaboche理论
  5.5  关于疲劳累积损伤理论的讨论
    5.5.1  模型的评估
    5.5.2  模型的试验数据评估
    5.5.3  结论
第6章  名义应力法
  6.1  名义应力法基本原理
    6.1.1  名义应力法估算结构疲劳寿命的步骤
    6.1.2  材料性能数据
    6.1.3  名义应力法的种类
  6.2  传统的名义应力法
    6.2.1  名义应力法
    6.2.2  算例
    6.2.3  实例
  6.3  SSF法
    6.3.1  SSF法
    6.3.2  等效SSF法
    6.3.3  实例
  6.4  小结与讨论
第7章  局部应力应变法
  7.1  局部应力应变法的基本假设
    7.1.1  局部应力应变法估算结构疲劳寿命的步骤
    7.1.2  局部应力应变法的种类
    7.1.3  关于局部应力应变法原理的讨论
  7.2  结构局部应力应变的计算
    7.2.1  Neuber近似解法
    7.2.2  弹塑性有限元解法
    7.2.3  缺口弹塑性应力应变的Neuber解与有限元解的比较
  7.3  局部应力应变法的稳态法
    7.3.1  算例
    7.3.2  实例
  7.4  局部应力应变法的瞬态法
  7.5  小结
第8章  应力应变场强法
  8.1  应力场强法基本原理
    8.1.1  基本原理
    8.1.2  应力场强法基本假设的试验验证
    8.1.3  缺口件疲劳寿命估算方法的讨论
  8.2  应力场强法对有关疲劳现象的解释
    8.2.1  疲劳缺口减缩系数
    8.2.2  不同加载方式下疲劳极限
    8.2.3  多轴比例复合载荷作用下的疲劳极限
    8.2.4  疲劳尺寸系数
  8.3  应力场强法的应用
    8.3.1  算例
    8.3.2  实例
  8.4  小结
第9章  多轴疲劳
  9.1  多轴疲劳载荷谱的处理
    9.1.1  常用的多轴疲劳试验件
    9.1.2  应力不变量和应变不变量
    9.1.3  等效应力和等效应变
    9.1.4  试验常用的载荷路径
    9.1.5  多轴疲劳载荷谱的处理
  9.2  多轴循环应力-应变关系
  9.3  多轴疲劳破坏准则
    9.3.1  多轴疲劳破坏准则分类
    9.3.2  等效损伤量
    9.3.3  直接损伤量
    9.3.4  多轴疲劳破坏准则评估
    9.3.5  讨论
  9.4  多轴疲劳累积损伤理论
    9.4.1  疲劳累积损伤理论分类
    9.4.2  多轴线性累积损伤模型
    9.4.3  多轴非线性累积损伤模型
    9.4.4  多轴疲劳累积损伤新模型
    9.4.5  方法评估
    9.4.6  阶梯谱下的多轴疲劳损伤累积研究
    9.4.7  块谱和随机谱下的累积损伤理论研究
    9.4.8  小结
  9.5  缺口件的多轴疲劳寿命分析
    9.5.1  名义应力法
    9.5.2  局部应力应变法
    9.5.3  临界距离法
    9.5.4  应力应变场强法
    9.5.5  小结
    附录  疲劳寿命数据
第10章  振动疲劳
  10.1  振动疲劳的定义
  10.2  振动疲劳寿命分析
    10.2.1  结构振动
    10.2.2  振动疲劳寿命分析方法分类
  10.3  结构振动疲劳试验
    10.3.1  椭圆孔板
    10.3.2  半圆形槽缺口试验件
    10.3.3  U形槽缺口试验件
    10.3.4  连接件
  10.4  结构振动疲劳寿命估算的时域法
    10.4.1  时域法
    10.4.2  随机过程时域模拟方法
    10.4.3  算例
  10.5  结构振动疲劳寿命分析的频域法
    10.5.1  功率谱密度
    10.5.2  寿命分析基本理论
    10.5.3  频域法疲劳寿命分析流程
    10.5.4  应力幅值的概率密度函数P（S）
    10.5.5  算例分析
  10.6  缺口件的振动疲劳寿命分析
    10.6.1  动力学下的应力集中系数
    10.6.2  局部应力分析法
    10.6.3  名义应力分析法
  10.7  连接件的振动疲劳寿命分析
    10.7.1  动力学下的应力严重系数SSF
    10.7.2  连接件的振动疲劳寿命分析步骤
    10.7.3  算例