本书共11章，第1章为绪论；第2～5章为疲劳分析基础篇，介绍材料循环特性，常幅疲劳的高周疲劳曲线和低周疲劳曲线，变幅疲劳的损伤累积理论，随机疲劳的循环计数方法及结构疲劳分析方法；第6～9章为断裂力学基础篇，介绍线弹性断裂力学和弹塑性断裂力学基本理论及疲劳裂纹扩展相关知识；第10～11章为应用和发展篇，介绍基于有限元方法的结构疲劳与断裂分析及典型工程案例，以及疲劳与断裂力学研究新进展。

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博士生导师，国家杰出青年基金获得者，获教育部自然科学二等奖1项，国家级教学成果二等奖、四川省优秀教学成果一等奖各1项。2012年3月至2012年9月，担任德国Siegen大学土木系结构力学研究所“洪堡”高级研究员。 2014年至2018年，担任西南交通大学牵引动力国家重点实验室主任 。 2015年1月，担任力学与工程学院院长。 2021年12月，任西南交通大学副校长。 2021年12月，任中共西南交通大学委员会委员、常委材料循环本构关系与疲劳失效行为以及结构服役安全性分析科技部中青年科技创新领军人才，享受国务院特殊政府津贴专家，德国“洪堡学者”茅以升学院院长（兼）、天佑铁道学院院长（兼）

目录
第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.1.1 疲劳的发现与研究历程 1
1.1.2 断裂力学的发展历程 4
1.2 疲劳分析简介 8
1.2.1 疲劳的定义 8
1.2.2 疲劳的特点 8
1.2.3 疲劳的分类 9
1.2.4 疲劳的研究方法和抗疲劳设计 10
1.2.5 疲劳的产生机制 12
1.3 断裂力学简介 16
1.3.1 断裂力学的特点 16
1.3.2 断裂力学的分类 17
1.3.3 断裂力学的研究方法 18
1.4章节安排 18
参考文献 19
第2章 材料循环变形行为和常幅疲劳行为分析 22
2.1 循环载荷的表征 22
2.2 材料的循环应力-应变响应 23
2.2.1 单调应力-应变响应和塑性加-卸载曲线 23
2.2.2 循环应力-应变滞回环和包辛格效应 24
2.2.3 循环软化和循环硬化效应 25
2.2.4 循环应力幅值-应变幅值曲线 26
2.2.5 非对称循环下的平均应力松弛和棘轮行为 27
2.3 高周疲劳S-N曲线 29
2.3.1 高周疲劳S-N曲线的特点 29
2.3.2 高周疲劳S-N曲线的表达式 30
2.3.3 高周疲劳S-N曲线的近似估计 30
2.4 低周疲劳ε-N曲线 34
2.4.1 低周疲劳ε-N曲线的特点 34
2.4.2 低周疲劳ε-N曲线的估计和平均应力修正 36
2.5 影响疲劳的因素 37
2.5.1 应力(应变)幅值和平均应力 37
2.5.2 载荷形式 37
2.5.3 尺寸效应 37
2.5.4 表面状态 37
2.5.5 其他因素 38
习题 38
参考文献 39
第3章 损伤累积理论和变幅疲劳分析 40
3.1 线性疲劳损伤累积理论 40
3.2 变幅载荷和随机载荷 42
3.2.1 变幅载荷谱 42
3.2.2 随机载荷谱 43
3.3 循环计数法 44
3.3.1 雨流计数法 44
3.3.2 载荷的等损伤转换 45
3.4 随机载荷下的弹塑性应力-应变响应 46
3.4.1 单调加载的应力-应变响应 47
3.4.2 循环加载的应力幅值-应变幅值响应 47
3.4.3 循环加载的增量应力-应变响应 48
3.4.4 加卸载的记忆效应 49
3.4.5 随机载荷下的应力-应变历程计算 50
习题 52
参考文献 53
第4章 结构疲劳分析基础 54
4.1 缺口效应 55
4.2 名义应力法 57
4.3 局部应力-应变法 59
习题 64
参考文献 64
第5章 材料疲劳试验及数据处理 65
5.1 高周疲劳试验 65
5.1.1 试验方法 65
5.1.2 高周疲劳S-N曲线的绘制 68
5.2 低周疲劳试验 68
5.2.1 试验方法 68
5.2.2 低周疲劳ε-N曲线的绘制 69
5.3 疲劳数据的分散性和概率疲劳P-S-N曲线 70
5.3.1 疲劳数据的分散性 70
5.3.2 正态分布 71
5.3.3 标准正态分布 73
5.3.4 威布尔分布 74
5.3.5 判断疲劳寿命分布类型的方法 75
5.3.6 概率疲劳P-S-N 曲线 76
5.3.7 结构疲劳可靠性分析 78
习题 79
参考文献 80
第6章 线弹性断裂力学 81
6.1 断裂力学简介 81
6.1.1 断裂力学基本概念 81
6.1.2 裂纹的定义及分类 81
6.2 裂纹尖端附近的应力场和应变场 82
6.2.1 Ⅰ型裂纹 82
6.2.2 Ⅱ型裂纹 87
6.2.3 Ⅲ型裂纹 89
6.3 能量理论 91
6.3.1 Griffith理论 91
6.3.2 Orowan 理论 92
6.3.3 能量释放率及其断裂判据 93
6.4 应力强度因子理论 95
6.4.1 应力强度因子的定义 95
6.4.2 常用应力强度因子的计算 96
6.4.3 应力强度因子断裂判据 100
习题 102
参考文献 102
第7章 弹塑性断裂力学 104
7.1 裂纹尖端的塑性区 104
7.1.1 裂纹尖端塑性区尺寸大小 104
7.1.2 裂纹尖端小范围屈服时的应力强度因子修正 108
7.2 裂纹尖端张开位移 110
7.2.1 Irwin小范围屈服条件下的COD 111
7.2.2 D-B带状屈服区模型的COD 111
7.2.3 基于裂纹尖端张开位移的断裂判据 116
7.3 J 积分理论 117
7.3.1 J积分的定义及守恒性 117
7.3.2 HRR应力、应变场及基于J 积分的断裂判据 120
7.3.3 J积分与其他参数的关系 122
习题 124
参考文献 124
第8章 材料断裂性能测试试验 126
8.1 断裂韧度KIC测试试验 126
8.1.1 试验方法 126
8.1.2 试验数据处理 131
8.2 断裂韧度JIC测试试验 135
8.3 断裂韧度δC测试试验 137
8.3.1 试验方法 138
8.3.2 试验数据处理 139
习题 141
第9章 疲劳裂纹扩展分析 142
9.1 疲劳裂纹的形成及其扩展 142
9.1.1 疲劳裂纹的形成 142
9.1.2 疲劳裂纹扩展 144
9.2 疲劳裂纹扩展速率及其试验 146
9.2.1 a-N曲线 146
9.2.2 da/dN-？K曲线及Paris公式 146
9.2.3 疲劳裂纹扩展速率参数的试验确定 148
9.3 疲劳裂纹扩展寿命预测 149
9.3.1 裂纹扩展寿命计算公式 149
9.3.2 算例 151
9.4 影响疲劳裂纹扩展的一些因素 153
9.4.1 平均应力的影响 153
9.4.2 加载频率的影响 155
9.4.3 过载峰的影响 156
9.4.4 腐蚀环境的影响 158
习题 158
参考文献 159
第10章 结构疲劳及断裂典型案例分析 160
10.1 概述 160
10.1.1 基于有限元方法的结构疲劳分析 160
10.1.2 基于有限元方法的结构断裂分析 160
10.2 压力容器疲劳寿命预测 161
10.2.1 研究背景 161
10.2.2 有限元模型 161
10.2.3 疲劳寿命预测 162
10.2.4 结果与讨论 165
10.3 高速铁路轮轨滚动接触疲劳分析 165
10.3.1 研究背景 165
10.3.2 有限元模型 167
10.3.3 疲劳寿命预测模型 172
10.3.4 结果与讨论 173
10.4 高速列车车轴损伤容限分析 176
10.4.1 研究背景 176
10.4.2 有限元模型 177
10.4.3 损伤容限分析方法 180
10.4.4 结果与讨论 180
习题 184
参考文献 184
第11章 疲劳与断裂力学研究新进展 186
11.1 疲劳研究新进展 186
11.1.1 蠕变-疲劳交互作用研究 186
11.1.2 棘轮-疲劳交互作用研究 189
11.1.3 超高周疲劳行为研究 193
11.1.4 多轴疲劳研究 194
11.1.5 基于机器学习的疲劳研究 199
11.2 断裂力学研究新进展 201
11.2.1 动态断裂力学研究 202
11.2.2 宏微观断裂力学研究 203
11.2.3 多场耦合断裂力学研究 205
11.2.4 基于机器学习的断裂力学研究 209
参考文献 211