金屬材料壽命的演變過程

前言

　　大學(xué)最重要的功能是向社會(huì)輸送人才。大學(xué)對(duì)于一個(gè)國家、民族乃至世界的重要性和貢獻(xiàn)度，很大程度上是通過畢業(yè)生在社會(huì)各領(lǐng)域所取得的成就來體現(xiàn)的。　　中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)建校只有短短的50年，之所以迅速成為享有較高國際聲譽(yù)的著名大學(xué)之一，主要就是因?yàn)樗囵B(yǎng)出了一大批德才兼?zhèn)涞膬?yōu)秀畢業(yè)生。他們志向高遠(yuǎn)、基礎(chǔ)扎實(shí)、綜合素質(zhì)高、創(chuàng)新能力強(qiáng)，在國內(nèi)外科技、經(jīng)濟(jì)、教育等領(lǐng)域做出了杰出的貢獻(xiàn)，為中國科大贏得了“科技英才的搖籃”的美譽(yù)?！　?008年9月，胡錦濤總書記為中國科大建校五十周年發(fā)來賀信，信中稱贊說：半個(gè)世紀(jì)以來，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)依托中國科學(xué)院，按照全院辦校、所系結(jié)合的方針，弘揚(yáng)紅專并進(jìn)、理實(shí)交融的校風(fēng)，努力推進(jìn)教學(xué)和科研工作的改革創(chuàng)新，為黨和國家培養(yǎng)了一大批科技人才，取得了一系列具有世界先進(jìn)水平的原創(chuàng)性科技成果，為推動(dòng)我國科教事業(yè)發(fā)展和社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)做出了重要貢獻(xiàn)。　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國科大迄今已畢業(yè)的5萬人中，已有42人當(dāng)選中國科學(xué)院和中國工程院院士，是同期（自1963年以來）畢業(yè)生中當(dāng)選院士數(shù)最多的高校之一。其中，本科畢業(yè)生中平均每1000人就產(chǎn)生工名院士和700多名碩士、博士，比例位居全國高校之首。還有眾多的中青年才俊成為我國科技、企業(yè)、教育等領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物和骨干。在歷年評(píng)選的“中國青年五四獎(jiǎng)?wù)隆鲍@得者中，作為科技界、科技創(chuàng)新型企業(yè)界青年才俊代表，科大畢業(yè)生已連續(xù)多年榜上有名，獲獎(jiǎng)總?cè)藬?shù)位居全國高校前列。

內(nèi)容概要

古語云，千里之堤毀于蟻穴。金屬材料的斷裂起始于晶體缺陷，即位錯(cuò)和空位，它們?cè)趹?yīng)力和溫度的影響下遵循熱統(tǒng)計(jì)動(dòng)力學(xué)的規(guī)律發(fā)展成微觀甚至宏觀裂紋或空洞。本書結(jié)合材料物理變形機(jī)制、連續(xù)分布位錯(cuò)理論和連續(xù)介質(zhì)斷裂力學(xué)，詳細(xì)討論了金屬合金材料在蠕變、疲勞和熱機(jī)械疲勞以及多重機(jī)制協(xié)同作用條件下裂紋萌生、擴(kuò)展的過程和現(xiàn)象，從而推導(dǎo)出相應(yīng)的裂紋擴(kuò)展速率方程和壽命公式。這些公式不僅補(bǔ)充了目前工程上采用的安全壽命法和損傷容限法，更重要的是，對(duì)發(fā)展一種新的范例——全壽命預(yù)測法做出貢獻(xiàn)。因此，本書的意義在于為材料強(qiáng)度和壽命分析提供一個(gè)連貫的可發(fā)展的物理模型。它對(duì)工程結(jié)構(gòu)的安全壽命周期管理有重要的參考價(jià)值。    本書適用于從事金屬材料和相關(guān)領(lǐng)域的科研工作者、高校師生和企事業(yè)單位的工程技術(shù)人員作為參考書。

書籍目錄

總序前言第1章  速率過程和動(dòng)力學(xué)  1.1  絕對(duì)速率理論  1.2  位錯(cuò)流動(dòng)性的動(dòng)力學(xué)表述    1.2.1  位錯(cuò)速度    1.2.2  位錯(cuò)塞積    1.2.3  反作用應(yīng)力    1.2.4  小結(jié)  參考文獻(xiàn)第2章  基本變形過程  2.1  拉伸變形  2.2  疲勞    2.2.1  低周疲勞    2.2.2  高周疲勞    2.2.3  熱機(jī)械疲勞  2.3  蠕變    2.3.1  瞬態(tài)蠕變    2.3.1.1  有晶界沉淀物存在條件下的位錯(cuò)滑移    2.3.1.2  有晶界沉淀物存在條件下的位錯(cuò)攀移    2.3.1.3  晶界滑移模型    2.3.1.4  波浪形界面上的GBS      2.3.1.5  瞬態(tài)蠕變方程    2.3.2  加速蠕變    2.3.2.1  晶內(nèi)損傷引起的加速蠕變    2.3.2.2  加速蠕變過程中的晶界損傷    2.3.3  蠕變斷裂  參考文獻(xiàn)第3章  微觀裂紋形核和擴(kuò)展  3.1  連續(xù)分布位錯(cuò)理論  3.2  分解切應(yīng)力  3.3  ZSK裂紋形核  3.4  BCS裂紋形核    3.4.1  無界解    3.4.2  有界解  3.5  疲勞裂紋形核  3.6  微觀裂紋擴(kuò)展  參考文獻(xiàn)第4章  宏觀裂紋擴(kuò)展  4.1  斷裂力學(xué)    4.1.1  線彈性斷裂力學(xué)    4.1.2  非線性斷裂力學(xué)  4.2  疲勞裂紋擴(kuò)展    4.2.1  疲勞裂紋擴(kuò)展率    4.2.2  裂紋閉合  4.3  蠕變裂紋擴(kuò)展    4.3.1  裂紋尖端應(yīng)力分布    4.3.1.1  冪指數(shù)律區(qū)域    4.3.1.2  GBS區(qū)域      4.3.1.3  彈性區(qū)域    4.3.2  蠕變裂紋擴(kuò)展模型    4.3.2.1  韌性蠕變斷裂    4.3.2.2  脆性蠕變斷裂    4.3.2.3  環(huán)境影響  參考文獻(xiàn)第5章  壽命預(yù)測  5.1  安全壽命方法  5.2  損傷容限方法  5.3  全壽命方法    5.3.1  疲勞氧化交互作用    5.3.2  冷應(yīng)力滯留疲勞    5.3.3  疲勞蠕變互作用  5.4  工況分析  參考文獻(xiàn)附錄A  ZSK裂紋位錯(cuò)分布的求解附錄B  BCS裂紋位錯(cuò)分布的求解附錄C  NASA疲勞實(shí)驗(yàn)曲線

章節(jié)摘錄

　　第1章　速率過程和動(dòng)力學(xué)　　現(xiàn)代文明是由先進(jìn)材料支撐起來的，其范圍包括從半導(dǎo)體材料到超合金的應(yīng)用。因此，材料的壽命和使用期的性能是每個(gè)工程設(shè)計(jì)師所關(guān)心的。一個(gè)工程器件，小如手機(jī)或大如燃?xì)廨啓C(jī)引擎，一旦投入使用，其物質(zhì)生命時(shí)鐘便滴答作響地啟動(dòng)。整個(gè)壽命周期管理的概念就是圍繞爭取利益最大化和盡可能降低壽命周期（從產(chǎn)品設(shè)計(jì)和研發(fā)到維護(hù)）成本而進(jìn)行。這就要求人們必須對(duì)材料在使用環(huán)境（載荷、溫度和周圍環(huán)境）下的壽命演變過程有一個(gè)詳盡的理解。　　鑒于此，將材料比做包含成千上萬個(gè)原子的大分子是容易理解的。如果原子排列無瑕，整個(gè)固體就是一些單位晶格的重復(fù)排列，那么其生命是非常簡單的：材料將永存于它的理論強(qiáng)度極限之下?，F(xiàn)實(shí)中材料無法達(dá)到它們的理想強(qiáng)度的原因是因?yàn)榫w瑕疵的存在，例如在多晶材料中的空位、位錯(cuò)和晶界（不同取向的晶粒之間存在的位錯(cuò)和空位集合面）。這些晶體瑕疵或自然地存在或在材料制造過程中產(chǎn)生，它們?cè)陟o態(tài)或循環(huán)載荷下演變成更大的缺陷，如裂紋，并可能最終導(dǎo)致材料的斷裂。　　本章簡要地介紹并描述關(guān)于原子排列變動(dòng)的絕對(duì)速率理論，其結(jié)果決定了物質(zhì)的狀態(tài)。

圖書封面

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