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第1章 断口表面形貌观察、测量和分析的有关概念1

1.1观察的角度1

1.2尺度问题6

1.2.1概述6

1.2.2分形几何学9

1.2.3微观结构尺寸和应力场12

1.3什么是裂纹13

1.4裂纹的起源16

1.4.1引言16

1.4.2形变导致的裂纹形核17

1.4.3裂纹形核的其他问题20

1.5裂纹的力学和微观力学22

1.5.1引言22

1.5.2椭圆孔和裂纹周围的应力场23

1.5.3裂纹扩展的Griffith和Irwin临界条件26

1.5.4其他问题31

第2章 观察、描述和测量断口表面形貌：相关基础以凯顿石为例33

2.1正确观察三维形貌图的方法33

2.2历史概要35

2.3什么是凯顿石40

2.4 Hooke的观察41

2.5光学显微镜42

2.5.1肉眼观察42

2.5.2概述43

2.5.3分辨率和景深44

2.5.4几何学的问题47

2.5.5照明（度）48

2.6光学截面和断口形貌细节的定量描述49

2.7共焦扫描光学显微术54

2.8 SEM55

2.8.1概述55

2.8.2二次电子像和背散射电子像57

2.8.3分辨率、放大率和景深59

2.8.4几何学方面的问题60

2.9 SEM和凯顿石61

2.10断口表面研究的其他实验步骤67

第3章 倾斜裂纹68

3.1双曲线型平滑曲线裂纹的演变68

3.2加载模式73

3.3几何约束75

3.3.1倾斜和扭转的定义75

3.3.2形成平滑表面的裂纹扩展78

3.3.3裂纹扩展的实验观察79

3.4在混合模式Ⅰ-Ⅱ下的裂纹扩展或演变82

3.5裂纹弯曲87

第4章 河流花样90

4.1河流花样的断口形貌特征90

4.2晶体解理面上河流花样的形成93

4.2.1裂纹和螺型位错相交形成的台阶93

4.2.2晶体固体中的台阶高度的增大101

4.3非晶脆性固体中的河流花样：Sommer实验102

4.4应用干涉光学显微镜测量断口表面形貌111

4.5不同固体中河流花样的实例113

4.6河流花样台阶的形核118

4.7台阶的分离118

第5章 镜面区、雾状区和锯齿带：表面粗糙度、开裂速度和动态应力强度121

5.1镜面区、雾状区和锯齿带的含义121

5.2粗糙度分布图的测量得到断口表面形貌129

5.2.1 Takahashi和Arakawa的实验129

5.2.2粗糙度测量131

5.2.3粗糙度参数134

5.3粗糙度随Kd和v变化的几个例子136

5.4粗糙度的起源140

5.4.1扩展裂纹前端的微裂纹形核和扩展141

5.4.2扩展裂纹前端的塑性形变143

5.4.3微观分支的扩展与增加导致宏观分支和分叉145

5.5 AFM图像和形貌细节之间的关系148

5.6渐进粗糙化的直接观察153

第6章 晶体固体的解理158

6.1晶体解理158

6.2关于晶体学方面的问题161

6.3云母的解理163

6.4锌的断裂169

6.5方解石上的河流花样173

6.6断口表面干涉图案的分析177

6.6.1鼓泡和楔形处的干涉178

6.6.2有银纹的聚合物断口表面的干涉179

6.6.3瞬时断裂表面特征182

6.7砷化镓的块断裂182

6.7.1三点弯曲测试法182

6.7.2确定解理面的取向183

6.7.3粗糙表面184

6.8体心立方金属（包括钢）的解理以及应力强度效应186

6.8.1沿孪晶-基体界面的解理187

6.8.2渐进粗糙188

6.9定量体视显微镜和平坦刻面取向的确定190

6.10多晶材料的解理断裂193

第7章 界面处的断裂197

7.1界面处的裂纹197

7.2界面和相间断裂200

7.3断口形貌学的复型技术205

7.4界面和相间断口表面的化学和物理分析210

7.5晶体中的界面失效：晶间断裂212

7.6复合材料中的界面失效：珍珠母214

7.7界面断裂和微观结构细节217

第8章 延性断裂221

8.1“延性”断裂的含义221

8.2金属和聚合物的颈缩与拉伸225

8.2.1纯金属225

8.2.2平面应力和平面应变227

8.2.3聚合物的冷拉伸230

8.3杯锥断口233

8.4小孔的形核238

8.4.1组织的不均匀性238

8.4.2聚合物中的纤维化243

8.4.3银纹和断裂246

8.4.4非晶金属（金属玻璃）中的剪切带247

8.5扩展裂纹尖端处的延性断裂248

8.5.1宏观观察248

8.5.2裂纹尖端的分离过程250

8.6一个地质学的等价解释253

8.7共轭断裂表面的形貌特征256

第9章 裂纹动力学效应262

9.1简介：声速和裂纹速度262

9.2瓦纳线和应力波断口形貌学266

9.2.1瓦纳线266

9.2.2应力波断口形貌270

9.2.3测量裂纹速度的其他方法273

9.2.4其他的瓦纳线效应274

9.3裂纹的不连续扩展：停止-继续276

9.4在循环加载条件下裂纹扩展造成的裂纹前缘条纹282

9.4.1机械疲劳282

9.4.2收缩驱动开裂287

9.5瞬时断裂形貌细节和环境效应291

9.5.1瞬时断裂表面291

9.5.2环境对裂纹形核和扩展机理的影响292

9.5.3化学变化293

第10章 断口形貌学的应用295

10.1断口形貌学的重要性295

10.2微观结构分析298

10.2.1在室温下呈脆性的材料299

10.2.2软性材料的微观结构303

10.3新材料开发和现有材料改进311

10.3.1夹杂物（及微观组织）对钢的脆性的作用311

10.3.2复合材料的韧性315

10.4失效分析的诊断工具330

10.4.1一般性问题330

10.4.2实例334

10.4.3储罐失效的案例分析338

参考文献342

附录图 1.1的分析：普通用途级聚苯乙烯的断口表面357

中英文对照表362