《疲勞斷裂及其在壓力容器上的應(yīng)用》教學(xué)大綱

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：謝根栓一、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(shí)：32學(xué)時(shí) 5. 總學(xué)分：2學(xué)分二、本課程在教學(xué)計(jì)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(jì)概念、設(shè)計(jì)方法，初步明確如何解決、避免工程中疲勞

2、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(shí))11 斷裂力學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展 12 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)） 21 金屬斷裂的類型 22 斷口的分析方法3.第三章 線彈性斷裂力學(xué)（13學(xué)時(shí)）31 斷裂的基本形式 32 I型裂紋尖端附近的應(yīng)力應(yīng)變位移場 33 II型、III型裂紋尖端的應(yīng)力應(yīng)變場 34 應(yīng)力強(qiáng)度因子K的計(jì)算 35 復(fù)合型裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子的計(jì)算 36 疊加原理及其應(yīng)用 37 實(shí)際裂紋的近似處理 38 塑性區(qū)及其修正 39 含裂紋體的能量分析、能量釋放率G與應(yīng)力強(qiáng)度因子的關(guān)系 310 典型的KI表達(dá)式 311 單一型裂紋的斷

3、裂判據(jù) 312 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(shí)）41 彈塑性斷裂力學(xué)的提出 42 COD的求解和定義 43 COD公式及其推導(dǎo)和說明 44 J積分的定義 45 J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)）51 平面應(yīng)變斷裂韌性KIC的測試 52 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(shí)）61 緒論7.第七章 材料的疲勞性能（2學(xué)時(shí)）71 疲勞應(yīng)力和疲勞極限 72 材料的SN曲線，材料的循環(huán)特性8.第八章 疲勞斷裂的擴(kuò)展（2學(xué)時(shí)）81 疲勞裂紋的擴(kuò)展速率 82 疲勞裂紋的門檻值 83 影響疲勞裂紋擴(kuò)展的因素 84 疲勞

4、裂紋擴(kuò)展壽命的計(jì)算 85 應(yīng)變疲勞9.第九章 高溫低周疲勞（2學(xué)時(shí)）91 高溫低周疲勞特點(diǎn)及壽命的估算方法 92 影響高溫低周疲勞壽命的因素 93 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)）101 概述 102 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)）111 單軸疲勞問題 112 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(shí))121 疲勞斷裂在壓力容器上的應(yīng)用 122 膨脹系數(shù) 123 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)用舉例（2學(xué)時(shí)）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

5、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(píng)定等內(nèi)容。5)深刻全面地認(rèn)識(shí)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(jì)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(píng)定 滿分：100分七、本課程對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的措施1.學(xué)生要獨(dú)立完成作業(yè)。2.對(duì)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(shí)糾正。3.及時(shí)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

6、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(jì)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

7、。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(jì)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SN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)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(jì)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(duì)疲勞斷裂理論有較深入的認(rèn)識(shí)。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(jì)概念與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法不同的討論。4.對(duì)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(duì)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(shí)糾正