《疲勞斷裂及其在壓力容器上的應(yīng)用》教學(xué)大綱(精)

1、疲勞斷裂及其在壓力容器上的應(yīng)用教學(xué)大綱修訂單位：機(jī)械工程學(xué)院化工機(jī)械系執(zhí) 筆 人：謝根栓、課程基本信息1課程中文名稱：疲勞斷裂及其在壓力容器上的應(yīng)用2課程英文名稱： Fatigue Fracture and the Application to Pressure Vessels3.適用專業(yè) : 過程裝備與控制工程、材料成型等專業(yè)4.總學(xué)時： 32 學(xué)時5.總學(xué)分： 2 學(xué)分 二、本課程在教學(xué)計劃中地位、作用和任務(wù) 本課程是有關(guān)專業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)了力學(xué)、容器、機(jī)器等各門專業(yè)課之后的一門理論性、 實(shí)踐性都很強(qiáng)的重要學(xué)科。學(xué)習(xí)本課程之后，使學(xué)生能了解一種新的設(shè)計概念、設(shè)計方法， 初步明確如何解決、避免

2、工程中疲勞斷裂的事故。三、理論教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)基本要求1.第一章 緒論 （2 學(xué)時 ）1 1 斷裂力學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展1 2 斷裂力學(xué)的內(nèi)容及學(xué)習(xí)目的2. 第二章 金屬斷裂的基本概念（學(xué)生自學(xué)）2 1金屬斷裂的類型 2 2斷口的分析方法3. 第三章 線彈性斷裂力學(xué)（13 學(xué)時）3 1 斷裂的基本形式 3 2 I 型裂紋尖端附近的應(yīng)力應(yīng)變位移場 3 3 II 型、 III 型裂紋尖端的應(yīng)力應(yīng)變場 3 4 應(yīng)力強(qiáng)度因子 K 的計算 3 5 復(fù)合型裂紋 應(yīng)力強(qiáng)度因子的計算 3 6 疊加原理及其應(yīng)用 3 7 實(shí)際裂紋的近似處理 3 8 塑性區(qū)及其修正 3 9 含裂紋體的能量分析、能量釋放率G 與應(yīng)力強(qiáng)度因子

3、的關(guān)系 310 典型的 K 表達(dá)式311單一型裂紋的斷裂判據(jù)3 12 復(fù)合型裂紋的斷裂判據(jù)4. 第四章 彈塑性斷裂力學(xué)（5 學(xué)時）4 1 彈塑性斷裂力學(xué)的提出4 2COD 的求解和定義4 3 COD 公式及其推導(dǎo)和說明 4 4 J 積分的定義4 5J 積分理論和應(yīng)用5. 第五章 斷裂韌性的測試（學(xué)生自學(xué)）5- 1 平面應(yīng)變斷裂韌性 KC的測試 5 2 斷裂尖端能量位移 COD 的測試 53 臨界 J 積分值 JIC的測試6. 第六章 緒論（ 2 學(xué)時）6 1 緒論7. 第七章 材料的疲勞性能（ 2 學(xué)時）7 1 疲勞應(yīng)力和疲勞極限 7 28. 第八章 疲勞斷裂的擴(kuò)展（ 2 學(xué)時） 81 疲勞裂

4、紋的擴(kuò)展速率 8 2展的因素 8 4 疲勞裂紋擴(kuò)展壽命的計算 8 5 應(yīng)變疲勞9. 第九章 高溫低周疲勞（ 2 學(xué)時）9 1 高溫低周疲勞特點(diǎn)及壽命的估算方法 9 2 影響高溫低周疲勞壽命的因素9 3 高溫疲勞條件下的裂紋擴(kuò)展10. 第十章 熱疲勞（學(xué)生自學(xué)）10 1 概述 10 2 熱疲勞的基本特點(diǎn)11. 第十一章 疲勞問題研究方發(fā)展現(xiàn)狀（學(xué)生自學(xué)）11 1 單軸疲勞問題 11 2 復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的疲勞問題12. 第十二章 疲勞斷裂在壓力容器上的應(yīng)用 （2 學(xué)時 ）12 1 疲勞斷裂在壓力容器上的應(yīng)用 12 2 膨脹系數(shù) 12 3 缺陷的當(dāng)量處理13. 第十三章 疲勞斷裂在壓力容器上的應(yīng)用舉

5、例（ 2 學(xué)時） 教學(xué)的基本要求1）學(xué)習(xí)本課程必須有較好的數(shù)學(xué)、力學(xué)基礎(chǔ)，并與彈、塑性力學(xué)等學(xué)科相聯(lián)系。2）較好地掌握線彈性斷裂力學(xué)，一般了解彈塑性斷裂力學(xué)及疲勞強(qiáng)度理論。3）理解疲勞斷裂在壓力容器上的應(yīng)用。4）了解斷裂韌性的測試及壓力容器的缺陷評定等內(nèi)容。5）深刻全面地認(rèn)識材料和結(jié)構(gòu)的安全性，了解只有應(yīng)用斷裂力學(xué)、疲勞強(qiáng)度理論才能 設(shè)計出更合理和安全的工程結(jié)構(gòu)。四、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與要求 五、考核方式考試 六、成績評定滿分： 100 分七、本課程對學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的措施材料的 S N 曲線，材料的循環(huán)特性疲勞裂紋的門檻值 8 3 影響疲勞裂紋擴(kuò)1. 學(xué)生要獨(dú)立完成作業(yè)。2. 對作業(yè)和各教學(xué)環(huán)節(jié)上

6、發(fā)現(xiàn)存在的問題在課堂上及時糾正。3. 及時解答學(xué)生提出的問題。八、教材與參考書教材：王正 . 疲勞斷裂及其在壓力容器上的應(yīng)用參考書： 1 李洪升 周承芳 . 工程斷裂力學(xué) 大連理工大學(xué)出版社2 程育仁 繆龍秀 侯炳麟 . 疲勞強(qiáng)度 中國鐵道出版社九、其它必要的說明1. 本課程與其他有關(guān)課程的聯(lián)系及分工 疲勞斷裂是研究含裂紋結(jié)構(gòu)的裂紋擴(kuò)展規(guī)律和強(qiáng)度的科學(xué)， 它涉及到固體力學(xué)、 金屬學(xué)、 化學(xué)，特別需要良好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和力學(xué)基礎(chǔ)(微積分、復(fù)變函數(shù)、張量分析、材料力學(xué)、彈 性力學(xué)、塑性力學(xué)等) 。2. 各章內(nèi)容的重點(diǎn)、深度、廣度1) 第一章 緒論 簡介斷裂力學(xué)的產(chǎn)生、發(fā)展及其學(xué)習(xí)目的。2) 第二章 金

7、屬斷裂的基本概念 講述金屬斷裂類型和斷口的分析方法。3) 第三章 線彈性斷裂力學(xué)重點(diǎn)講述裂紋類型、裂紋尖端應(yīng)力場、 K 準(zhǔn)則及應(yīng)力強(qiáng)度因子 K 的計算，小范圍塑性區(qū) 的修正，裂紋擴(kuò)展能量釋放率G 及其與 K 的關(guān)系，復(fù)合型斷裂準(zhǔn)則。4) 第四章 彈塑性斷裂力學(xué)重點(diǎn)介紹 COD 方法，J 積分理論和應(yīng)用。5) 第五章 斷裂韌性的測試簡要介紹測試方法。6) 第六章 緒論簡介有關(guān)疲勞的發(fā)展歷史及重要性， 疲勞裂紋的萌生、 擴(kuò)展，疲勞強(qiáng)度設(shè)計的安全準(zhǔn)則。7) 第七章 材料的疲勞性能疲勞應(yīng)力和疲勞極限，材料的S- N 曲線，材料的循環(huán)特性。8) 第八章 疲勞裂紋的擴(kuò)展重點(diǎn)講述疲勞裂紋擴(kuò)展速率公式。9)

8、第九章 高溫低周疲勞 講述高溫低周疲勞的特點(diǎn)及影響因素和壽命估算方法以及高溫疲勞條件下的裂紋。10) 第十章 熱疲勞 講述熱疲勞概念和基本特征。11) 第十一章 疲勞問題研究發(fā)展現(xiàn)狀 簡介單軸疲勞和復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的疲勞問題。12) 第十二章 疲勞斷裂在壓力容器上的應(yīng)用 講述膨脹系數(shù)和缺陷的當(dāng)量處理及疲勞斷裂在壓力容器上應(yīng)用的內(nèi)容。13) 第十三章 疲勞斷裂在壓力容器上的應(yīng)用舉例 簡介應(yīng)力應(yīng)變分析及計算過程。3. 習(xí)題課、討論課、課外作業(yè)的要求1) 要求學(xué)生在課程結(jié)束后完成一篇有關(guān)疲勞斷裂的論文。2) 適當(dāng)布置一些課外作業(yè)，使學(xué)生對疲勞斷裂理論有較深入的認(rèn)識。3)COD、 J 積分理論應(yīng)用的討論。4) 斷裂力學(xué)在當(dāng)前工程實(shí)踐中的應(yīng)用討論。5) 新的設(shè)計概念與傳統(tǒng)設(shè)計方法不同的討論。4. 對學(xué)生能力培養(yǎng)的重要措施1) 學(xué)生要獨(dú)立完成作業(yè)。2) 對作業(yè)和各教學(xué)環(huán)節(jié)上發(fā)現(xiàn)存在的問題在課堂上及時糾正