近日,西南交通大学力学与航空航天学院康国政、阚前华教授、胡雅楠副教授、刘宇杰副教授、于超教授共同编著的《疲劳与断裂力学》第二版由科学出版社出版。该教材是在2023年第一版基础上的进一步完善,是国家级一流课程、四川省一流课程和四川省高阶课程《疲劳与断裂力学》的配套教材,并于2025年入选四川省规划教材。
新版教材与中国大学MOOC平台课程资源和智慧树网智慧共享课程资源相配套,注重科研前沿与工程实践相结合,融入疲劳分析与断裂力学领域的新进展和典型工程案例。同时,教材借助二维码技术拓展案例资料,进一步提升了内容的信息容量、可读性和延展性,体现了面向学科前沿、服务工程实践的鲜明特色。
该教材由西南交通大学教材建设项目(2025)资助,特此鸣谢。
第二版 前言
《疲劳与断裂力学》自2023 年6 月首次出版以来,承蒙广大读者的厚爱与支持,在两年多时间内已相继重印四次,并入选了四川省“十四五”普通高等教育本科省级规划教材,我们深感荣幸,亦由衷感谢。在第一版的使用过程中,我们陆续收到了来自多所高校师生以及工程一线读者的宝贵意见与建议。这些反馈不仅让我们备受鼓舞,也促使我们进一步审视全书的内容结构与章节安排。为更好地适应教学实践与工程学习的需求,提升教材的系统性与逻辑连贯性,我们在第二版中对全书章节布局进行了系统性的优化与调整,使知识脉络更为清晰,内容衔接更为自然。
本次修订仍以阐明基础理论、突出工程应用、注重启发思考为宗旨,在保留第一版核心内容与特色例题的基础上,进一步强化了理论方法与实际工程问题的结合,期望能帮助读者更顺畅地建立疲劳与断裂力学领域的知识体系,并培养解决实际力学问题的能力。
本书共11 章,除第1 章绪论外,其余10 章分为三部分。第一部分为疲劳分析基础篇,包括第2~5 章:第2 章材料循环变形行为和常幅疲劳行为分析,简要介绍循环载荷表征和材料的循环变形行为特征,讨论材料常幅疲劳分析涉及的材料S-N 曲线和ε-N曲线特征,以及影响材料疲劳性能的一些因素;第3 章损伤累积理论和变幅疲劳分析,从最基本的损伤定义出发,讨论线性疲劳损伤累积理论和循环计数法,结合案例介绍变幅疲劳分析的基本方法和分析步骤;第4 章结构疲劳分析基础,将疲劳分析从材料层面拓展到结构构件,分别介绍基于应力和基于应变的结构疲劳分析方法,并对结构疲劳可靠性分析的基础知识和相关概率分析基础进行阐述;第5 章材料疲劳试验及数据处理,从试验测试的角度对高周疲劳和低周疲劳性能测试中涉及的试验方法和试验数据处理进行简要介绍。第二部分为断裂力学基础篇,包括第6~9 章:第6 章线弹性断裂力学,介绍裂纹的分类、裂纹尖端附近的应力场和应变场分析,以及基于能量理论和应力强度因子理论的断裂判据;第7 章弹塑性断裂力学,关注裂纹尖端塑性区的形成及其大小对断裂力学分析的影响,讨论裂纹尖端塑性区的大小和小范围屈服时应力强度因子的修正,引入弹塑性框架下的裂纹尖端张开位移和J 积分理论及相关的断裂判据;第8 章材料断裂性能测试试验,简要介绍材料断裂韧度的测试方法和疲劳裂纹扩展速率及门槛值的测试方法;第9 章疲劳裂纹扩展分析,强调线弹性断裂力学在疲劳裂纹扩展行为分析方面的应用,讨论疲劳裂纹扩展速率及Paris 公式,进而介绍疲劳裂纹扩展寿命的预测方法以及影响疲劳裂纹扩展的一些主要因素。第三部分为应用和发展篇,包括第10~11 章:第10 章结构疲劳及断裂典型案例分析,通过压力容器疲劳寿命预测、高速铁路轮轨滚动接触疲劳分析、高速列车车轴剩余寿命预测等典型案例介绍,强化疲劳与断裂分析的工程应用;第11 章疲劳与断裂力学研究新进展,对多轴疲劳、蠕变-疲劳交互作用、棘轮-疲劳交互作用、超高周疲劳等疲劳研究重要领域的最新进展进行介绍,同时对断裂力学在动态断裂力学、宏微观断裂力学和多场耦合断裂力学等方面的最新进展进行简要评述,并探讨机器学习方法在疲劳与断裂行为研究中的应用,以拓宽学生的研究视野,激发学生的学习兴趣。
本书与中国大学MOOC 平台的“疲劳与断裂力学”慕课课程、智慧树网的“疲劳与断裂力学”智慧课程资源建设相配套,在内容上突出最新的科研成果以及与工程实际的结合,引入疲劳分析与断裂力学研究的新进展和工程实例展示与分析;在表现形式上,结合网络和多媒体技术,书中加入了疲劳性能与断裂力学行为的网络共享资料,以增大信息容量,提高内容的可读性和扩展性,体现面向学科前沿、面向工程实例的特色。
本书在编写过程中参考了已有的相关论著和教材,作者对这些论著和教材的作者表示衷心的感谢,并在正文中对此进行了必要的引用标注(见参考文献部分)。此外,本书的出版得到了西南交通大学教材建设项目(2025年)的专项资助,作者对此深表感谢!衷心感谢所有为本书提出改进建议的读者朋友,你们的每一次反馈都是我们不断完善的重要动力。同时,也向在修订过程中给予支持与帮助的同行专家、院校教师致以诚挚的谢意。


康国政,固体力学博士,西南交通大学讲席教授,博士生导师。国家级高层次人才计划入选者(2014),全国优秀教育工作者,德国“洪堡学者”,享受国务院政府特殊津贴专家,担任教育部高等学校力学类专业教学指导委员会委员,曾任中国力学学会常务理事。主要从事先进材料循环本构关系、疲劳与断裂研究;已发表SCI论文400余篇,Google Scholar引用22000余次,连续10年入选Elsevier中国高被引学者榜单;出版英文专著3部,中文专著2部,教材4部;获教育部自然科学奖二等奖2项,四川省科技进步奖二等奖1项;获国家级教学成果二等奖3项。目前担任《International Journal of Fatigue》共同主编,《固体力学学报》主编,《International Journal of Fracture》领域主编,《International Journal of Plasticity》、《力学进展》和《Acta Mechanica Solida Sinica》等多个中英文期刊编委。

阚前华,固体力学博士,西南交通大学讲席教授,博士生导师。国家级高层次人才计划入选者(2023),获全国徐芝纶优秀力学教师奖。现任中国力学学会理性力学和力学中的数学方法专业委员会委员,中国力学学会力学史与方法论专业委员会委员,教育部教学指导委员会委员,四川省教学指导委员会副主任委员,南方计算力学联络委员会副主任委员,四川省力学学科科普与教育工作委员会主任委员。长期从事材料本构关系与轮轨滚动接触疲劳研究。主持国家自然科学基金项目4项,主研国家自然科学基金重大项目课题1项、国家重点研发计划5项、重点项目1项。发表SCI论文300余篇,Google Scholar引用9000余次;出版英文专著3部,中文专著2部,教材6部;获教育部自然科学奖二等奖1项,四川省科技进步奖二等奖1项;获国家级教学成果二等奖1项,四川省教学成果特等奖1项、一等奖2项。

胡雅楠,工学博士,西南交通大学副教授,硕士生导师。长期从事增材制造金属损伤演化原位表征、本构理论及寿命预测模型研究。2025年入选中国铁道学会青年人才托举工程。担任《固体力学学报》和《实验力学》期刊青年编委,以及《International Journal of Mechanical Sciences》客座主编。以第一/通讯作者身份发表学术论文40余篇,Google Scholar论文引用量达2000余次,单篇最高引用量达400余次,4篇论文入选ESI高被引论文。合作出版中英文专著4部。主持国家自然科学基金项目2项、四川省自然科学基金项目2项,作为骨干参研国家自然科学基金重大项目和重点项目。荣获四川省科学技术进步奖一等奖(排名3/10)和中国质量协会技术奖一等奖(排名8/15)等。

刘宇杰,固体力学博士,西南交通大学副教授,硕士生导师。长期从事循环本构关系和工程材料疲劳断裂性能研究。主持国家自然科学基金项目1项和横向科研项目多项。获四川省优秀博士论文,教育部自然科学奖二等奖1项、四川省科技进步奖二等奖1项。在《International Journal of Fatigue》、《International Journal of Plasticity》、《工程力学》、《机械强度》等刊物发表论文60余篇。

于超,固体力学博士,西南交通大学教授,博士生导师。国家级高层次青年人才计划入选者(2023)。现任中国力学学会塑性力学专业组组员,中国复合材料学会智能复合材料专业委员会委员,四川省力学学会秘书长、常务理事。长期从事固体多场耦合本构关系研究。主持国家自然科学基金项目3项,省部级项目10余项。发表SCI论文100余篇,Google Scholar引用5800余次;出版英文专著和中文专著各1部,本科生教材1部。曾入选中国科协“青年人才托举工程”,获“王仁青年科技奖”“中国力学学会优秀博士学位论文提名奖”“詹天佑铁道科技奖-专项奖”“全国铁路青年科技创新奖”“Acta Mechanica Sinica最佳论文奖”等。
