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绪论 1

参考文献 3

第一篇 复合材料结构分析 7

第1章 复合材料力学性能分析 7

1.1 复合材料的应力-应变关系 7

1.1.1 一般各向异性材料的应力-应变关系 7

1.1.2 正交各向异性材料的应力-应变关系 8

1.2 复合材料的工程弹性常数 9

1.2.1 工程弹性常数表示的应变-应力关系 9

1.2.2 正交各向异性材料工程弹性常数的限制条件 10

1.3 复合材料的应力／应变和刚度／柔度矩阵的坐标转换 11

1.3.1 一般各向异性材料的应力／应变和刚度／柔度矩阵的坐标转换 11

1.3.2 正交各向异性材料的应力／应变和刚度／柔度矩阵的坐标转换 13

1.3.3 平面应力状态下应力／应变和刚度／柔度矩阵的坐标转换 16

1.4 复合材料层合板的刚度 17

1.4.1 经典层合板的基本假设 17

1.4.2 层合板的应力-应变关系 18

1.4.3 对称层合板的刚度 19

1.4.4 二维均衡层合板的刚度 20

1.4.5 三维均衡层合板的刚度 21

1.5 复合材料层合板的强度估算 23

1.5.1 单层板的强度 23

1.5.2 层合板的强度 25

1.5.3 有限元分析中常用的层合板失效判据 26

参考文献 32

第2章 双曲度复合材料壁板分析 34

2.1 研究现状 34

2.2 材料子程序修正 35

2.2.1 材料子程序修正可行性分析 35

2.2.2 材料子程序应力修正方法及修正系数选取 35

2.2.3 双曲度复合材料板应力修正 36

2.3 新型复合材料高精度单元 40

2.3.1 基础理论 40

2.3.2 用户单元子程序 47

2.3.3 应用实例 51

2.4 本章小结 57

参考文献 58

第3章 复合材料中厚板稳定性分析 59

3.1 研究现状 59

3.2 稳定性分析方法 60

3.2.1 特征值分析方法 60

3.2.2 弧长法 65

3.3 复合材料中厚层合板稳定性研究 65

3.3.1 单向压缩 66

3.3.2 纯剪 68

3.4 中厚蒙皮多墙翼面结构稳定性分析 69

3.4.1 整体结构模型 70

3.4.2 有限元分析模型及其边界条件 70

3.4.3 计算结果与分析 70

3.5 本章小结 74

参考文献 74

第4章 变厚度厚层合板结构分析 76

4.1 概述 76

4.1.1 变厚度厚层合板结构分析面临的主要问题 76

4.1.2 变厚度厚层合板分析中遇到的困难 77

4.1.3 本章主要解决的问题 77

4.2 变厚度厚层合板结构分析 77

4.2.1 变厚度厚层合板结构有限元分析 77

4.2.2 变厚度厚层合板过渡段结构分析 82

4.2.3 变厚度厚层合板二维与三维有限元方法比较 85

4.3 压缩试验和损伤模拟研究 88

4.3.1 结构及试验 88

4.3.2 试验与数值模拟比较 89

4.3.3 损伤模拟 91

4.4 本章小结 92

参考文献 93

第5章 复合材料层合板开口补强结构分析 94

5.1 国内外研究现状 94

5.2 复合材料层合板开口问题理论基础 95

5.2.1 开口层合板理论基础 95

5.2.2 考虑自由边界效应的边界层理论解 97

5.2.3 开口问题应力分析程序求解 111

5.3 复合材料层合板开口缝合补强问题研究 121

5.3.1 开口缝合补强试验研究 122

5.3.2 开口缝合补强有限元分析 126

5.4 复合材料层合板开口翻边补强试验和数值研究 133

5.4.1 开口翻边补强试验研究 133

5.4.2 开口翻边补强有限元分析 134

5.4.3 开口翻边补强损伤模拟 136

5.5 本章小结 140

参考文献 140

第6章 复合材料连接分析 142

6.1 研究现状 142

6.1.1 应力分析中的有限元建模 143

6.1.2 失效判定准则 144

6.1.3 累积损伤过程中的材料性能退化 144

6.2 机械连接计算方法 145

6.2.1 计算模型合理性的验证 145

6.2.2 线性与非线性对计算结果的影响分析 147

6.2.3 失效准则对连接强度的影响 148

6.3 复合材料螺栓连接细节分析 153

6.3.1 配合间隙对螺栓连接强度的影响 154

6.3.2 切向摩擦因数和开孔形状的影响分析 156

6.3.3 连接件材料和预紧力对复合材料连接的影响 159

6.4 单剪螺栓连接复合材料叠层板孔周边应力场分布 162

6.4.1 螺栓-孔周应力场分布 163

6.4.2 螺栓-孔配合间隙对孔周应力分布的影响 164

6.4.3 接触面摩擦因数对孔边应力的影响 166

6.4.4 小结 166

6.5 复合材料机械连接可靠性灵敏度分析 167

6.5.1 基于重要抽样马尔可夫链模拟的可靠性灵敏度分析的半解析法 167

6.5.2 有限元模型 169

6.5.3 可靠性灵敏度分析 170

6.6 本章小结 171

参考文献 171

第7章 纤维缠绕复合材料结构分析 174

7.1 纤维缠绕复合材料的研究现状 174

7.2 纤维缠绕复合材料细观力学分析方法 175

7.2.1 复合材料编织结构等效方法 175

7.2.2 有限多相单元法 177

7.3 纤维缠绕复合材料有限元计算法 178

7.3.1 纤维起伏交叉区域 178

7.3.2 缠绕单元体积模型的建立 179

7.3.3 单元体积模型具体尺寸 179

7.3.4 弹性模量的等效过程 181

7.3.5 有限元算法的应用 183

7.4 纤维缠绕复合材料均匀化算法 183

7.4.1 缠绕复合材料单胞模型 184

7.4.2 1/4单胞模型的等效均匀化 185

7.4.3 整体单胞上的均匀化 189

7.4.4 缠绕复合材料弹性性能计算及试验结果 192

7.5 缠绕复合材料的压缩、冲压、复合加载试验和数值分析 194

7.5.1 压缩试验 194

7.5.2 内压试验 201

7.5.3 复合加载试验 205

7.5.4 基于复合材料壳体单元的缠绕结构损伤数值模拟 209

参考文献 213

第8章 复合材料力学性能的分散性分析 215

8.1 静态力学性能试验 215

8.1.1 纵向拉伸力学性能试验 215

8.1.2 横向拉伸力学性能试验 216

8.1.3 纵向压缩力学性能试验 217

8.1.4 横向压缩力学性能试验 219

8.1.5 纵横剪切力学性能试验 219

8.2 试验结果及数据表格 220

8.3 基本性能参数的分散性分析 228

8.3.1 试验数据的统计分析 228

8.3.2 基本性能参数的分散性模型 229

8.4 挤压强度的分散性分析 234

8.4.1 试验设计 234

8.4.2 连接分散性模型分析 236

8.5 本章小结 238

参考文献 238

第9章 天线罩及其改进模型的稳定性分析 240

9.1 计算模型 240

9.1.1 模型的建立 240

9.1.2 材料模型 243

9.1.3 边界条件 244

9.1.4 载荷情况 244

9.2 静强度分析 248

9.3 稳定性分析 253

9.3.1 初步稳定性分析 253

9.3.2 改进措施 254

9.3.3 结构布局考核 260

9.4 本章小结 263

参考文献 263

第10章 复合材料机翼气动弹性分析 265

10.1 引言 265

10.2 静气动弹性分析 266

10.2.1 静气动弹性分析在Nastran中的实现 267

10.2.2 Fluent与Nastran联合进行静气动弹性分析 270

10.3 颤振分析 281

10.3.1 引言 281

10.3.2 采用Nastran计算和分析 282

10.3.3 Fluent软件与自编程序联合进行颤振分析 283

10.4 间隙非线性颤振分析 286

10.4.1 非定常空气动力的有理函数Roger近似 287

10.4.2 气动弹性系统的状态空间表达式 289

10.4.3 间隙非线性颤振分析 290

10.5 本章小结 292

参考文献 292

第二篇 复合材料结构优化设计 297

第11章 参数化设计技术 297

11.1 引言 297

11.2 参数化设计概述 297

11.2.1 参数化设计方法 297

11.2.2 参数化设计的步骤 298

11.2.3 结构参数的选择和确定 298

11.2.4 PCL语言及会话文件 299

11.3 复合材料加筋层合板的参数化设计 300

11.3.1 算例描述 300

11.3.2 参数化命令流输入文件 301

11.3.3 参数化设计 307

11.4 复合材料机翼盒段的参数化设计 308

11.4.1 算例描述 308

11.4.2 参数化流程和命令流输入文件 309

11.4.3 静力计算结果 323

11.5 本章小结 324

参考文献 325

第12章 复合材料机翼结构综合优化设计 326

12.1 复合材料机翼结构的稳定性分析 326

12.1.1 桁条间蒙皮的局部屈曲 326

12.1.2 桁条的局部屈曲 328

12.1.3 加筋壁板的整体屈曲 330

12.2 机翼的气动／结构一体化优化设计 333

12.2.1 引言 333

12.2.2 优化算例 333

12.3 大展弦比复合材料机翼结构综合优化设计应用实例 338

12.3.1 整体优化设计 338

12.3.2 细节优化设计 344

参考文献 352

第13章 复合材料雷达罩鸟撞和冰雹冲击优化及软件开发 353

13.1 引言 353

13.2 雷达罩鸟撞和冰雹冲击动力学分析方法 353

13.2.1 接触碰撞理论和算法 353

13.2.2 单元定义及分析 354

13.2.3 材料失效准则判据 355

13.2.4 碰撞接触定义 357

13.3 复合材料蜂窝雷达罩鸟撞和冰雹冲击优化平台 358

13.3.1 SODS 1.0优化平台中各模块的详细设计 358

13.3.2 SODS 1.0优化平台使用简介 369

13.4 复合材料蜂窝雷达罩鸟撞优化设计实例 378

13.4.1 优化算例描述 379

13.4.2 优化算例测试过程 380

13.4.3 结果分析 384

13.5 本章小结 386

参考文献 386