本书结合机械强度学、机械设计学、固体力学与材料强度学等，从理论方法到试验技术等方面阐述多轴热机疲劳理论与寿命预测方法。主要内容包括：常温多轴循环本构关系基础、常温多轴低周疲劳理论、多轴热机疲劳试验技术、多轴热机疲劳损伤特性、多轴热机循环本构关系、多轴热机损伤定量表征方法、多轴热机疲劳损伤累积理论、多轴热机疲劳寿命预测方法、缺口多轴热机疲劳等，是一部论述多轴热机疲劳强度理论和反映机械疲劳强度学科内容的书籍。书中主要内容为作者多年从事多轴热机疲劳研究的相关成果，同时为了保持内容连续与完整性，穿插引用国内外热机疲劳研究领域中一些新的研究进展。
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承担和完成了国家自然科学基金重大国际合作项目，国家自然科学基金重点项目、北京市自然科学基金重点项目及各类研究项目30余项。
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 热机疲劳研究发展简史 1
1.2 单轴热机疲劳损伤与寿命预测理论发展概况 3
1.2.1 线性累积损伤模型 4
1.2.2 损伤函数模型 4
1.2.3 应变范围划分模型 5
1.2.4 断裂力学模型 6
1.2.5 工程经验模型 6
1.3 多轴热机疲劳的概念 7
1.4 多轴热机疲劳研究简况 8
1.4.1 等效应变幅模型 8
1.4.2 修正多轴度因子模型 9
1.4.3 修正Smith-Watson-Topper参数模型 9
1.4.4 修正Fatemi-Socie-Kurath模型 10
1.4.5 基于裂纹尖端钝化模型的寿命预测模型 10
1.4.6 其他模型 11
参考文献 12
第2章 常温多轴循环本构关系基础 15
2.1 多轴循环塑性本构关系中的强化模型 15
2.1.1 等向强化模型 15
2.1.2 随动强化模型 16
2.2 多轴增量循环塑性本构理论 17
2.2.1 多轴增量塑性理论概述 17
2.2.2 屈服函数 19
2.2.3 流动法则 20
2.2.4 硬化法则 26
2.3 考虑非比例附加强化的多轴循环塑性本构关系 31
2.3.1 非比例循环加载下的附加强化特性 31
2.3.2 双面多轴循环塑性本构模型 33
2.3.3 考虑瞬时非比例加载的双面多轴本构模型 38
2.4 增量塑性方法算例 47
2.5 增量塑性方法应用时需要注意的问题 60
参考文献 61
第3章 常温多轴低周疲劳理论 62
3.1 多轴疲劳的定义 62
3.2 多轴低周疲劳理论概述 62
3.2.1 等效应变准则 63
3.2.2 主应变准则 64
3.2.3 最大剪切应变准则 64
3.2.4 应力应变混合形式的疲劳准则 66
3.2.5 循环塑性功的疲劳准则 66
3.3 多轴临界面法理论 68
3.3.1 临界面原理 68
3.3.2 基于权函数临界面的确定方法 70
3.3.3 基于最大剪切应变范围权平均临界面的确定方法 71
3.3.4 基于临界面法的多轴疲劳准则 75
3.3.5 基于损伤支配的统一型临界面多轴疲劳损伤模型 77
3.4 基于损伤支配的变幅多轴疲劳寿命预测方法 80
3.4.1 基于相对应变的多轴循环计数方法 80
3.4.2 基于依赖载荷路径的多轴循环计数方法 82
3.4.3 临界面上疲劳损伤参量的确定 87
3.4.4 变幅/随机多轴载荷下疲劳寿命预测方法流程 88
3.4.5 基于损伤支配类型的多轴疲劳损伤估算方法 89
3.4.6 基于损伤支配类型的多轴疲劳寿命预测方法验证 90
3.5 基于能量-临界面法的多轴疲劳寿命预测方法 99
3.5.1 基于广义应变能的多轴疲劳损伤参量 99
3.5.2 基于能量-临界面法的多轴疲劳损伤参量 100
3.5.3 基于能量-临界面法的多轴疲劳寿命预测方法验证 104
3.6 基于权平均最大剪切应变范围平面的疲劳寿命预测方法 106
3.6.1 基于权平均最大剪切应变范围平面的疲劳寿命预测流程 106
3.6.2 基于权平均最大剪切应变范围平面的疲劳寿命预测方法验证 107
参考文献 111
第4章 多轴热机疲劳试验技术 115
4.1 热机疲劳试验概述 115
4.2 拉扭多轴热机疲劳试验系统 116
4.3 拉扭多轴热机疲劳试件设计与加工要求 118
4.3.1 多轴热机疲劳试件设计 118
4.3.2 多轴热机疲劳试件加工要求 119
4.4 常温拉扭多轴低周疲劳试验技术 120
4.4.1 拉扭多轴低周疲劳术语 120
4.4.2 拉扭多轴低周疲劳试验所用符号 123
4.4.3 拉扭多轴低周疲劳试验要求及过程 125
4.5 拉扭多轴热机疲劳试验技术 129
4.5.1 拉扭多轴热机疲劳术语 129
4.5.2 拉扭多轴热机疲劳试验所用符号 130
4.5.3 拉扭多轴热机疲劳试验要求及过程 131
4.6 双轴平面热机疲劳试验技术 140
4.6.1 双轴平面热机疲劳试验系统 140
4.6.2 双轴平面热机疲劳试件 141
4.6.3 双轴平面热机疲劳试验加热系统 141
4.6.4 双轴平面热机疲劳试验测量系统 142
4.6.5 双轴平面热机疲劳试件的应力-应变计算 142
参考文献 143
第5章 多轴热机疲劳损伤特性 145
5.1 不同温度下疲劳裂纹萌生与扩展 145
5.1.1 不同温度下高温合金疲劳裂纹萌生与扩展试验 145
5.1.2 不同温度下疲劳裂纹萌生与扩展特性 148
5.2 不同载荷模式下多轴热机疲劳特性 151
5.2.1 试验材料与试件 151
5.2.2 恒幅多轴热机疲劳试验加载类型 151
5.2.3 不同载荷模式下多轴热机疲劳寿命特征 154
5.2.4 恒幅多轴热机加载下循环变形行为 156
5.2.5 恒幅多轴热机加载下平均应力效应 159
5.3 不同载荷模式下多轴热机疲劳微观断口分析 161
5.3.1 不同机械相位角加载下微观断口分析 161
5.3.2 不同热相位角加载下微观断口分析 162
5.3.3 高温多轴热机加载下氧化行为 162
参考文献 166
第6章 多轴热机循环本构关系 168
6.1 高温循环本构模型概述 168
6.1.1 不考虑材料黏性的弹塑性本构模型 168
6.1.2 黏塑性非统一本构模型 169
6.1.3 黏塑性统一本构模型 171
6.2 Chaboche黏塑性统一本构模型理论 171
6.3 高温单轴循环加载下黏塑性统一本构模型 176
6.3.1 单轴加载下黏塑性统一本构模型建立 176
6.3.2 单轴加载下黏塑性统一本构模型算法 179
6.3.3 高温塑性统一本构模型参数确定 181
6.4 高温拉扭多轴加载下黏塑性统一本构模型 185
6.4.1 多轴拉扭加载下黏塑性统一本构模型分析 186
6.4.2 多轴拉扭加载下黏塑性统一本构模型算法 188
6.5 考虑多轴非比例硬化的黏塑性统一本构模型 189
6.5.1 考虑多轴非比例硬化的黏塑性统一本构模型中非比例硬化参数的确定方法 189
6.5.2 考虑多轴非比例硬化的黏塑性统一本构模型对峰值应力的模拟效果 190
6.5.3 考虑多轴非比例硬化的黏塑性统一本构模型对迟滞回线的模拟效果 194
6.6 多轴热机加载下循环黏塑性本构模型 196
6.6.1 考虑多轴非比例硬化与动态应变时效的黏塑性统一本构模型 196
6.6.2 考虑多轴非比例硬化与动态应变时效的黏塑性统一本构模型中常数识别 199
6.6.3 考虑多轴非比例硬化与动态应变时效的黏塑性统一本构模型试验验证 201
参考文献 205
第7章 多轴热机损伤定量表征方法 208
7.1 多轴低周疲劳损伤定量表征方法 208
7.1.1 基于临界面的等效应变幅确定方法 209
7.1.2 基于临界面法的多轴低周疲劳损伤定量表征 219
7.1.3 变幅多轴加载下临界面上疲劳损伤参量确定方法 221
7.2 多轴蠕变损伤定量表征方法 222
7.2.1 蠕变持久方程 223
7.2.2 多轴蠕变损伤定量计算方法 223
7.3 多轴氧化损伤定量表征方法 226
7.3.1 热机疲劳中的氧化损伤表征理论 226
7.3.2 多轴热机疲劳中的氧化损伤定量计算方法 229
参考文献 231
第8章 多轴热机疲劳损伤累积理论 234
8.1 疲劳损伤累积模型概述 234
8.1.1 疲劳损伤累积理论的概念 234
8.1.2 线性疲劳损伤累积理论 234
8.1.3 非线性疲劳损伤累积理论 236
8.2 热机疲劳损伤累积理论 242
8.2.1 高温热机疲劳损伤累积理论概述 242
8.2.2 单轴热机疲劳损伤等效模型 243
8.2.3 基于微裂纹扩展的损伤累积理论 244
8.2.4 基于疲劳-氧化-蠕变的线性损伤累积理论 246
8.2.5 基于等效应变能密度的热机疲劳理论 248
8.2.6 基于寿命分数的热机疲劳损伤累积理论 249
8.3 基于损伤等效的多轴热机疲劳损伤累积理论 250
8.3.1 多轴热机疲劳等效损伤累积模型 250
8.3.2 基于损伤等效的多轴热机疲劳损伤累积计算过程 253
8.3.3 基于损伤等效的多轴热机疲劳损伤累积模型验证 257
8.4 基于疲劳-氧化-蠕变的多轴热机疲劳损伤累积理论 261
8.4.1 多轴疲劳-氧化-蠕变损伤累积模型 261
8.4.2 基于疲劳-氧化-蠕变的多轴热机疲劳损伤累积模型中的各种损伤计算 262
8.4.3 基于疲劳-氧化-蠕变的多轴热机疲劳损伤累积模型验证 265
参考文献 268
第9章 多轴热机疲劳寿命预测方法 272
9.1 基于等温疲劳-蠕变的多轴热机疲劳寿命预测方法 272
9.1.1 基于等温疲劳-蠕变的多轴热机疲劳寿命预测原理 272
9.1.2 基于等温疲劳-蠕变的多轴热机疲劳寿命预测方法验证 276
9.2 基于疲劳-蠕变交互作用的多轴热机疲劳寿命预测方法 280
9.2.1 基于疲劳-蠕变交互作用的多轴热机疲劳寿命预测原理 280
9.2.2 基于疲劳-蠕变交互作用的多轴热机疲劳寿命预测方法验证 282
9.3 变幅多轴热机载荷下疲劳寿命预测方法 284
9.3.1 考虑蠕变的多轴热机载荷循环计数方法 284
9.3.2 考虑疲劳-蠕变交互作用的变幅多轴热机疲劳寿命预测方法 286
9.3.3 考虑疲劳-蠕变交互作用的变幅多轴热机疲劳寿命预测方法验证 289
9.4 基于疲劳-蠕变-氧化损伤的多轴热机疲劳寿命预测方法 293
9.4.1 基于疲劳-蠕变-氧化损伤的多轴热机疲劳寿命预测原理 293
9.4.2 基于疲劳-蠕变-氧化损伤的多轴热机疲劳寿命预测方法验证 294
9.5 基于小裂纹扩展的多轴热机疲劳寿命预测方法 295
9.5.1 基于小裂纹扩展的多轴热机疲劳寿命预测原理 295
9.5.2 多轴热机疲劳裂纹扩展速率模型 298
9.5.3 基于临界面的多轴疲劳裂纹扩展量计算 299
9.5.4 蠕变裂纹扩展计算模型 302
9.5.5 多轴热机疲劳裂纹扩展计算流程 303
9.5.6 基于小裂纹扩展的多轴热机疲劳全寿命预测方法验证 308
参考文献 317
第10章 缺口多轴热机疲劳 320
10.1 缺口局部应力应变估算方法概述 320
10.1.1 单轴加载下缺口应力应变估算方法 320
10.1.2 多轴加载下缺口局部应力应变估算方法 321
10.2 基于虚应变修正的缺口局部多轴应力应变估算方法 324
10.2.1 循环增量塑性本构模型回顾 324
10.2.2 虚塑性应变与缺口根部塑性应变关系 326
10.2.3 基于虚塑性应变修正的缺口多轴应力应变估算原理 327
10.2.4 基于虚塑性应变修正的缺口多轴应力应变估算算例 329
10.3 基于虚应力修正的缺口局部多轴应力应变估算方法 332
10.3.1 虚应力修正方法 333
10.3.2 统一型Chaboche多轴本构模型 337
10.3.3 方法验证 342
10.4 多轴热机载荷下缺口应力应变确定方法 350
10.4.1 Chaboche黏塑性统一本构模型 351
10.4.2 增量缺口修正方法 352
10.4.3 多轴热机加载下缺口应力应变确定方法验证 357
10.5 缺口多轴热机疲劳寿命预测方法 364
10.5.1 基于温度变化的疲劳缺口系数修正方法 364
10.5.2 基于温度变化疲劳缺口系数的多轴热机疲劳寿命预测 365
10.5.3 缺口多轴热机疲劳寿命预测方法验证 366
参考文献 374
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