《疲劳断裂及其在压力容器上的应用》教学大纲

1、疲劳断裂及其在压力容器上的应用教学大纲修订单位：机械工程学院化工机械系 执 笔 人：谢根栓一、课程基本信息1课程中文名称：疲劳断裂及其在压力容器上的应用2课程英文名称：Fatigue Fracture and the Application to Pressure Vessels3. 适用专业:过程装备与控制工程、材料成型等专业4. 总学时：32学时 5. 总学分：2学分二、本课程在教学计划中地位、作用和任务本课程是有关专业的学生在学习了力学、容器、机器等各门专业课之后的一门理论性、实践性都很强的重要学科。学习本课程之后，使学生能了解一种新的设计概念、设计方法，初步明确如何解决、避免工程中疲劳

2、断裂的事故。三、理论教学内容与教学基本要求1.第一章 绪论(2学时)11 断裂力学的产生和发展 12 断裂力学的内容及学习目的2.第二章 金属断裂的基本概念（学生自学） 21 金属断裂的类型 22 断口的分析方法3.第三章 线弹性断裂力学（13学时）31 断裂的基本形式 32 I型裂纹尖端附近的应力应变位移场 33 II型、III型裂纹尖端的应力应变场 34 应力强度因子K的计算 35 复合型裂纹应力强度因子的计算 36 叠加原理及其应用 37 实际裂纹的近似处理 38 塑性区及其修正 39 含裂纹体的能量分析、能量释放率G与应力强度因子的关系 310 典型的KI表达式 311 单一型裂纹的断

3、裂判据 312 复合型裂纹的断裂判据4.第四章 弹塑性断裂力学（5学时）41 弹塑性断裂力学的提出 42 COD的求解和定义 43 COD公式及其推导和说明 44 J积分的定义 45 J积分理论和应用5.第五章 断裂韧性的测试（学生自学）51 平面应变断裂韧性KIC的测试 52 断裂尖端能量位移COD的测试 53 临界J积分值JIC的测试6.第六章 绪论（2学时）61 绪论7.第七章 材料的疲劳性能（2学时）71 疲劳应力和疲劳极限 72 材料的SN曲线，材料的循环特性8.第八章 疲劳断裂的扩展（2学时）81 疲劳裂纹的扩展速率 82 疲劳裂纹的门槛值 83 影响疲劳裂纹扩展的因素 84 疲劳

4、裂纹扩展寿命的计算 85 应变疲劳9.第九章 高温低周疲劳（2学时）91 高温低周疲劳特点及寿命的估算方法 92 影响高温低周疲劳寿命的因素 93 高温疲劳条件下的裂纹扩展10.第十章 热疲劳（学生自学）101 概述 102 热疲劳的基本特点11.第十一章 疲劳问题研究方发展现状（学生自学）111 单轴疲劳问题 112 复杂应力状态下的疲劳问题12.第十二章 疲劳断裂在压力容器上的应用(2学时)121 疲劳断裂在压力容器上的应用 122 膨胀系数 123 缺陷的当量处理13.第十三章 疲劳断裂在压力容器上的应用举例（2学时）教学的基本要求1)学习本课程必须有较好的数学、力学基础，并与弹、塑性力

5、学等学科相联系。2)较好地掌握线弹性断裂力学，一般了解弹塑性断裂力学及疲劳强度理论。3)理解疲劳断裂在压力容器上的应用。4)了解断裂韧性的测试及压力容器的缺陷评定等内容。5)深刻全面地认识材料和结构的安全性，了解只有应用断裂力学、疲劳强度理论才能设计出更合理和安全的工程结构。四、实验教学内容与要求五、考核方式考试六、成绩评定 满分：100分七、本课程对学生创新能力培养的措施1.学生要独立完成作业。2.对作业和各教学环节上发现存在的问题在课堂上及时纠正。3.及时解答学生提出的问题。八、教材与参考书教材：王正. 疲劳断裂及其在压力容器上的应用参考书：1李洪升 周承芳. 工程断裂力学 大连理工大学出

6、版社 2程育仁 缪龙秀 侯炳麟. 疲劳强度 中国铁道出版社九、其它必要的说明疲劳断裂是研究含裂纹结构的裂纹扩展规律和强度的科学，它涉及到固体力学、金属学、化学，特别需要良好的数学基础和力学基础（微积分、复变函数、张量分析、材料力学、弹性力学、塑性力学等）。2.各章内容的重点、深度、广度1)第一章 绪论简介断裂力学的产生、发展及其学习目的。2)第二章 金属断裂的基本概念讲述金属断裂类型和断口的分析方法。3)第三章 线弹性断裂力学重点讲述裂纹类型、裂纹尖端应力场、K准则及应力强度因子K的计算，小范围塑性区的修正，裂纹扩展能量释放率G及其与K的关系，复合型断裂准则。4)第四章 弹塑性断裂力学重点介绍

7、COD方法，J积分理论和应用。5)第五章 断裂韧性的测试简要介绍测试方法。6)第六章 绪论简介有关疲劳的发展历史及重要性，疲劳裂纹的萌生、扩展，疲劳强度设计的安全准则。7)第七章 材料的疲劳性能疲劳应力和疲劳极限，材料的SN曲线，材料的循环特性。8)第八章 疲劳裂纹的扩展重点讲述疲劳裂纹扩展速率公式。9)第九章 高温低周疲劳讲述高温低周疲劳的特点及影响因素和寿命估算方法以及高温疲劳条件下的裂纹。10)第十章 热疲劳讲述热疲劳概念和基本特征。11)第十一章 疲劳问题研究发展现状简介单轴疲劳和复杂应力状态下的疲劳问题。12)第十二章 疲劳断裂在压力容器上的应用讲述膨胀系数和缺陷的当量处理及疲劳断裂在压力容器上应用的内容。13)第十三章 疲劳断裂在压力容器上的应用举例简介应力应变分析及计算过程。3.习题课、讨论课、课外作业的要求1)要求学生在课程结束后完成一篇有关疲劳断裂的论文。2)适当布置一些课外作业，使学生对疲劳断裂理论有较深入的认识。3)COD、J积分理论应用的讨论。4)断裂力学在当前工程实践中的应用讨论。5)新的设计概念与传统设计方法不同的讨论。1)学生要独立完成作业。2)对作业和各教学环节上发现存在的问题在课