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1单向增强材料特性的计算方法 1

1.1引言 1

1.2单向增强材料弹性模量预测：复合法则/从上下边界到严密解 1

1.3单向增强材料弹性模量预测：Self-Consistent模型及材料力学近似解 4

1.4单向增强材料弹性模量预测：导入几何学经验系数的对数函数近似解 6

1.5纤维随机分布对单向增强材料弹性模量的影响 9

1.6单向增强材料热膨胀系数的预测公式 11

1.7拉伸强度的概率论 12

1.7.1拉伸强度 12

1.7.2 Weibull分布 13

1.7.3单向增强材料的强度 14

1.7.4强度概率论的后续发展 15

1.8压缩强度预测方程 19

1.9本章小结 20

参考文献 21

2正交各向异性力学 23

2.1引言 23

2.2各向异性材料中独立的弹性常数 23

2.3正交各向异性材料弹性常数的转换公式 25

2.4正交各向异性材料弹性模量测定方法示例 29

2.5单向材料的非线性弹性行为 31

2.6正交各向异性材料的强度准则 33

2.6.1最大应力理论 33

2.6.2最大应变理论 34

2.6.3相互作用理论 35

参考文献 39

3层合板·夹层板及织物结构 41

3.1单层板的应力—应变关系 41

3.2层合板 42

3.3对称铺层 44

3.4耦合效应 44

3.5对称铺层参数 45

3.6铺层参数与铺层结构 46

3.6.1正交铺层 46

3.6.2对角铺层 47

3.6.3准各向同性铺层（0°/±45°/90°） 47

3.7夹层梁 48

3.7.1弯曲刚度 48

3.7.2芯材剪切刚度的影响 49

3.7.3整体屈曲载荷 50

3.7.4局部屈曲载荷 50

3.8夹层板 51

3.8.1能量法 51

3.8.2屈曲载荷 53

3.8.3挠度 53

3.9织物增强材料的力学性能预测 54

3.9.1织物的分类和纱线重复数ng 54

3.9.2嵌合体模型与广义弹性模量的上下边界 55

3.9.3纱线弯曲模型的一维解 57

3.9.4缎纹织物增强复合材料特性的架桥模型 61

3.9.5织物增强复合材料力学模型后续发展简述 63

参考文献 65

4断裂力学在复合材料中的应用 67

4.1引言 67

4.2利用断裂力学的优点 67

4.2.1各向同性弹性体中裂纹和应力扩大系数 67

4.2.2能量释放率 69

4.2.3裂纹的尺寸效应 72

4.3各向异性线性弹性体中裂纹尖端附近的应力 72

4.3.1各向异性弹性体的断裂力学 72

4.3.2均质各向异性弹性体裂纹尖端的控制方程 72

4.4层间剥离与断裂力学 74

4.4.1断裂力学在层间剥离中的应用 74

4.4.2裂纹扩展的能量守恒 75

4.4.3数值方法及其相容性 76

4.4.4裂纹扩展的条件 77

4.5本章小结 78

参考文献 79

5热应力及横向裂纹 79

5.1引言 79

5.2层板的热应力 79

5.3横向裂纹及断裂力学 81

5.3.1断裂力学的应用 81

5.3.2横向裂纹扩展时的能量守恒 82

5.4本章小结 83

参考文献 83

6粘接及粘合化学 84

6.1引言 84

6.2复合材料界面 84

6.3界面的评价 85

6.4工业的表面处理 86

6.4.1碳纤维的表面处理 86

6.4.2有机纤维的表面处理 86

6.4.3玻璃纤维表面处理及硅烷偶联剂 88

6.5各种界面处理效果 88

6.5.1提高成型的作用 89

6.5.2纤维周围的树脂改性 90

6.5.3浆膜层的添加作用 91

6.6本章小结 92

参考文献 92

7粘接连接的力学 95

7.1引言 95

7.2粘接部位力的传递 95

7.2.1薄板间连接（粘接接头）中的材料力学处理 95

7.2.2粘接接头上的断裂力学分析 98

7.2.3层合板与增强材料的结合 99

7.3纤维与基体树脂的结合 100

7.4本章小结 101

参考文献 101

8复合材料结构的屈曲 103

8.1引言 103

8.2杆件的屈曲 104

8.2.1屈曲载荷与边界条件 105

8.2.2初始扰动的影响 105

8.2.3屈曲后的变形与载荷 106

8.2.4剪切刚度与屈曲载荷 107

8.2.5受弹性支撑的杆件 107

8.2.6杆件的各种屈曲现象 108

8.3平板的屈曲 108

8.3.1四周简支的矩形板的单向压缩屈曲（Nx=-S，Nxy=Ny=0） 109

8.3.2四周简支的正交各向异性板的单向压缩屈曲（Nx=-S，Ny=Nxy=0） 109

8.3.3边界条件与屈曲载荷 111

8.3.4平板屈曲后的行为 111

8.4增强平板的屈曲 114

8.5壳的屈曲 115

8.6复合材料层合板的屈曲 116

8.6.1层合板的屈曲与铺层数 118

8.7层间剥离与屈曲载荷 119

8.8 T型增强材料的屈曲与屈曲后的行为 125

8.9本章小结 130

参考文献 131

9复合材料的有限元分析 132

9.1有限元法的基础知识 132

9.2基于位移法的有限元分析 133

9.2.1虚功原理 133

9.2.2有限单元内部位移内插 134

9.2.3控制方程的导出 134

9.2.4解的收敛和误差 135

9.3几种不同类型的有限单元 136

9.3.1常应变三角形单元 136

9.3.2四边形单元 137

9.3.3 8节点等参数单元 138

9.3.4 4节点非协调四边形单元 139

9.3.5薄壳单元 140

9.3.6高阶剪切单元与剪切闭锁 141

9.4非线性问题和有限元法 142

9.5有限元法和断裂力学 142

9.6用于复合材料分析有限元法的开发 145

9.6.1均质化法 145

9.6.2扩展有限元法（X-FEM） 146

参考文献 146

10损伤容限 147

10.1引言 147

10.2损伤种类和损伤容限的适用范围 147

10.3冲击损伤 149

10.4层间剥离 153

10.5本章小结 153

参考文献 154

11复合材料结构设计要点 155

11.1强度与刚度 155

11.2热膨胀 156

11.3失稳 156

11.4铺层结构 156

11.5接头 157

11.5.1机械接头 158

11.5.2胶接接头 160

11.6疲劳及冲击损伤 161

11.6.1疲劳 161

11.6.2冲击损伤 162

参考文献 162

12飞机、火箭结构方面的应用实例 163

12.1引言 163

12.2先进复合材料在飞机中的应用 163

12.3 CFRP在运载火箭上的应用 167

12.4本章小结 167

参考文献 168

13复合材料的无损检测 169

13.1引言 169

13.2检测方法种类和应用 169

13.3采用超声检测技术的无损检测 170

13.4采用X射线透过法检测技术和X射线CT检测技术的无损检测 173

13.5本章小结 174

参考文献 175

14飞机用复合材料试验指南和试验方法 176

14.1引言 176

14.2用积木构建法对复合材料结构进行验证 176

14.3试验水平与数据的使用 177

14.3.1按结构复杂性分类 177

14.3.2按数据适用性分类 178

14.4试验计划 179

14.5试验模型 179

14.6本章小结 180

参考文献 180

15发动机用复合材料结构的特征 181

15.1引言 181

15.2喷气发动机用结构材料与复合材料的位置 181

15.3树脂基复合材料（PMC） 182

15.4金属基复合材料（MMC） 183

15.5陶瓷基复合材料（CMC） 184

15.5.1陶瓷纤维的特征 184

15.5.2 CMC的特征 185

15.6本章小结 186

参考文献 186

16人造卫星的复合材料结构 188

16.1引言 188

16.2人造卫星结构的重要部件 188

16.3人造卫星用复合材料结构实例 189

16.3.1作为基本结构的蜂窝夹层板 189

16.3.2卫星运载舱 190

16.3.3天线反射面 192

16.3.4宇宙望远镜结构 193

16.4本章小结 193

参考文献 193