第1章 绪论 1
1.1 复合材料的基本概念 1
1.1.1 复合材料的组成 1
1.1.2 复合材料的构造 2
1.2 复合材料的性能 2
1.2.1 增强材料和基体材料的性能 3
1.2.2 单向复合材料的性能 5
1.3 复合材料在航天器上的应用 6
1.3.1 对航天器结构材料的要求 6
1.3.2 复合材料性能的优越性 8
1.3.3 航天器结构中的应用实例 9
1.4 复合材料的力学分析 12
1.4.1 复合材料的力学分析模型 12
1.4.2 复合材料的力学分析方法 15
1.4.3 复合材料力学分析的意义 17
1.5 复合材料力学分析的预备知识 18
1.5.1 固体力学的简单介绍 18
1.5.2 弹性力学的简单说明 20
参考文献 24
第2章 单向复合材料性能的微观力学分析和试验确定 26
2.1 单向复合材料的弹性系数分析 26
2.1.1 体积平均应力和体积平均应变的意义 26
2.1.2 单向复合材料弹性系数的基本概念和一般分析方法 30
2.1.3 简单的材料力学计算方法 32
2.1.4 改进的材料力学计算方法 39
2.1.5 弹性力学的解析方法 42
2.1.6 弹性力学能量原理的分析方法 48
2.1.7 半经验公式 50
2.2 单向复合材料的热膨胀系数分析 52
2.2.1 单向复合材料热膨胀系数的基本概念和一般分析方法 52
2.2.2 简单的材料力学计算方法 54
2.2.3 改进的材料力学计算方法 56
2.2.4 弹性力学的解析方法 57
2.3 单向复合材料的强度分析 59
2.3.1 单向复合材料强度的基本概念和一般分析方法 59
2.3.2 纵向拉伸强度的分析 61
2.3.3 纵向压缩强度的分析 62
2.3.4 横向强度和剪切强度的分析 66
2.4 单向复合材料性能的试验测定 68
2.4.1 拉伸试验 68
2.4.2 压缩试验 70
2.4.3 剪切试验 71
2.4.4 弯曲试验 74
2.4.5 热膨胀试验 75
参考文献 76
第3章 复合材料弹性特性的宏观力学分析 78
3.1 各向异性材料的弹性特性 78
3.1.1 一般各向异性材料的弹性系数 78
3.1.2 几种特殊情形下的材料弹性系数 80
3.2 单层复合材料的弹性特性 88
3.2.1 材料主轴方向的弹性特性 88
3.2.2 材料偏轴方向的弹性特性 91
3.3 叠层复合材料的弹性特性 98
3.3.1 叠层复合材料的一般弹性特性 98
3.3.2 几种常用叠层复合材料的弹性特性 104
参考文献 109
第4章 复合材料热弹性特性的宏观力学分析 110
4.1 单层复合材料的热膨胀系数 110
4.1.1 材料主轴方向的热膨胀系数 110
4.1.2 材料偏轴方向的热膨胀系数 111
4.2 叠层复合材料的热弹性特性 112
4.2.1 温度内力和温度内力矩 112
4.2.2 叠层材料的热弹性特性 113
4.3 叠层复合材料的热膨胀系数 114
4.3.1 叠层复合材料中面的热膨胀系数 114
4.3.2 叠层复合材料厚度方向的热膨胀系数 116
4.4 叠层复合材料的“零热膨胀系数”设计 117
4.4.1 全方向“零热膨胀系数”的设计 117
4.4.2 单方向“零热膨胀系数”的设计 119
4.5 叠层复合材料的残余应力分析 120
4.5.1 微观残余应力的分析 121
4.5.2 宏观残余应力的分析 122
参考文献 123
第5章 复合材料强度特性的宏观力学分析 125
5.1 单层复合材料的宏观强度准则 125
5.1.1 宏观强度准则的基本概念 125
5.1.2 几种常见的宏观强度准则 127
5.2 叠层复合材料的强度分析 134
5.2.1 叠层复合材料强度的基本概念 134
5.2.2 叠层复合材料首层破坏强度的确定 136
5.2.3 叠层复合材料末层破坏强度的确定 138
5.3 叠层复合材料的层间应力和层间强度 148
5.3.1 叠层复合材料的层间应力分析 148
5.3.2 叠层复合材料的层间强度 150
参考文献 152
第6章 复合材料力学分析软件的应用 155
6.1 复合材料力学分析软件 155
6.1.1 应用复合材料分析软件的优点 155
6.1.2 ESAComp软件简介 156
6.2 弹性特性和热膨胀系数的分析 158
6.2.1 弹性特性和热膨胀系数的微观力学分析 158
6.2.2 弹性特性的宏观力学分析 161
6.2.3 热膨胀系数的宏观力学分析 166
6.3 强度特性的分析 168
6.3.1 叠层复合材料强度校核 168
6.3.2 叠层复合材料强度的确定 170
6.3.3 叠层复合材料的层间强度分析 172
参考文献 174
第7章 复合材料叠层板的分析 175
7.1 对称叠层板经典理论的分析 176
7.1.1 基本方程和边界条件的建立 176
7.1.2 叠层板挠度的求解 183
7.1.3 叠层板临界载荷的求解 188
7.1.4 叠层板固有频率的求解 190
7.2 不对称叠层板经典理论的分析 192
7.2.1 基本方程和边界条件的建立 192
7.2.2 叠层板挠度的求解 199
7.2.3 叠层板临界载荷的求解 203
7.2.4 叠层板固有频率的求解 205
7.3 叠层板剪切理论的分析 206
7.3.1 基本方程和边界条件的建立 206
7.3.2 叠层板剪切理论的解析解 212
7.3.3 叠层板剪切修正系数的确定 214
7.4 以复合材料作面板的夹层板理论的分析 217
7.4.1 假设面板为薄膜理论的分析 218
7.4.2 考虑面板弯曲和耦合刚度理论的分析 223
7.4.3 考虑芯子横向拉压刚度理论的分析 233
参考文献 238
第8章 复合材料叠层壳的分析 241
8.1 任意形状叠层壳经典理论的分析 241
8.1.1 任意形状叠层壳的一般经典理论 241
8.1.2 任意形状叠层壳的近似经典理论 247
8.2 圆柱叠层壳经典理论的分析 255
8.2.1 圆柱叠层壳经典理论的基本方程和边界条件 255
8.2.2 圆柱叠层壳经典理论的求解 257
8.3 圆柱叠层壳剪切理论的分析 260
8.3.1 圆柱叠层壳剪切理论的基本方程和求解 260
8.3.2 考虑横向法应变的圆柱叠层壳剪切理论 263
8.4 纤维缠绕内压容器的强度分析 267
8.4.1 等强度设计条件的分析 267
8.4.2 等强度设计条件的应用 270
参考文献 273
第9章 复合材料薄壁杆件的分析 276
9.1 复合材料薄壁杆件分析的理论基础 276
9.1.1 复合材料薄壁杆件分析的依据 276
9.1.2 复合材料柱形薄壳理论的基本关系式 277
9.1.3 从复合材料壳体理论简化到复合材料薄壁杆件理论 280
9.2 复合材料薄壁杆件的自由扭转分析 284
9.2.1 薄壁杆件的扭矩 284
9.2.2 复合材料开口薄壁杆件的自由扭转分析 285
9.2.3 复合材料闭口薄壁杆件的自由扭转分析 287
9.3 开口截面复合材料薄壁杆件的一般分析 290
9.3.1 基本假设 290
9.3.2 广义内力、广义应变和广义截面刚度系数 291
9.3.3 基本方程和边界条件 295
9.4 闭口截面复合材料薄壁杆件的一般分析 300
9.4.1 基本假设 300
9.4.2 广义内力、广义应变和广义截面刚度系数 301
9.4.3 基本方程和边界条件 304
9.5 剪切修正系数和截面坐标参数的确定 307
9.5.1 剪切修正系数的确定 307
9.5.2 截面坐标参数的确定 310
参考文献 314
第10章 复合材料结构力学的数值分析方法 316
10.1 有限元法简介 316
10.1.1 有限元法的基本概念 316
10.1.2 有限元法的分析过程 317
10.1.3 复合材料有限元单元的表达格式 319
10.2 数值分析方法的应用 325
10.2.1 数值分析方法的重要意义 325
10.2.2 数值分析模型的建立 326
10.3 复合材料结构的数值分析算例 329
10.3.1 叠层板算例 330
10.3.2 夹层板算例 333
10.3.3 叠层圆柱壳算例 335
10.3.4 实际工程结构算例 338
参考文献 342