第一章 复合材料介绍 1
1.1 引言 1
1.2 复合材料的分类与特性 1
1.2.1 纤维复合材料 1
1.2.2 层合复合材料 3
1.2.3 颗粒复合材料 5
1.2.4 小结 6
1.3 复合材料的力学性能 6
1.4.1 简单层板 8
1.4 层合纤维增强复合材料的基本术语 8
1.4.2 层合板 9
1.5 层合纤维增强复合材料的制造 10
1.5.1 组分材料的初始形式 10
1.5.2 制造方法 10
1.5.3 质量控制 12
1.6 纤维增强复合材料的当前和未来的优点 12
1.6.1 强度和刚度方面的优点 13
1.6.2 价格上的优点 14
1.6.3 复合材料当前和未来的用途 14
参考文献 17
第二章 简单层板的宏观力学性能 18
2.1 引言 18
2.2 各向异性材料的应力-应变关系 18
2.3 正交各向异性材料的工程常数 22
2.4 弹性常数的限制 24
2.4.1 各向同性材料 24
2.4.2 正交各向异性材料 25
习题 27
2.5 正交各向异性材料平面应力问题的应力-应变关系 27
2.6 简单层板在任意方向上的应力-应变关系 29
习题 34
2.7 正交各向异性简单层板的不变量性质 35
习题 36
2.8 正交各向异性简单层板的强度 37
2.8.1 强度概念 37
2.8.2 强度和刚度的实验确定 39
2.8.3 力学特性的小结 43
2.9 正交各向异性简单层板的二向强度理论 43
2.9.1 最大应力理论 44
2.9.2 最大应变理论 45
2.9.3 蔡-希尔(Tsai-Hill)理论 47
2.9.4 蔡-胡(Tsai-Wu)张量理论 49
习题 51
参考文献 51
第三章 简单层板的微观力学性能 53
3.1 引言 53
3.2 刚度的材料力学分析方法 55
3.2.4 G12的确定 56
3.2.1 E1的确定 56
3.2.1 E2的确定 57
3.2.3 V12的确定 58
3.2.5 小结 60
习题 60
3.3 刚度的弹性力学分析方法 61
3.3.1 引言 61
3.3.2 弹性力学的极值法 61
3.3.3 精确解 66
3.3.4 接触时的弹性力学解 67
3.3.5 哈尔平-蔡(Halpin-Tsai)方程 70
习题 73
3.3.6 小结 73
3.4 刚度分析方法的比较 74
3.4.1 颗粒复合材料 74
3.4.2 纤维增强复合材料 74
3.4.3 小结 76
3.5 强度的材料力学分析方法 77
3.5.1 引言 77
3.5.2 沿纤维方向的拉伸强度 77
3.5.3 沿纤维方向的压缩强度 80
参考文献 86
3.6 微观力学的小结 86
习题 86
第四章 层合板的宏观力学性能 89
4.1 引言 89
4.2 经典层合理论 89
4.2.1 单层的应力-应变性能 89
4.2.2 层合板的应变和应力变化 90
4.2.3 层合板的合力和合力矩 92
习题 94
4.3 层合板刚度的特殊情况 94
4.3.1 单层结构 94
参考书目 96
4.3.2 对称层合板 96
4.3.3 反对称层合板 100
4.3.4 不对称层合板 102
习题 103
4.3.5 小结 103
4.4 层合板刚度的理论和实验比较 104
4.4.1 刚度方程的逆阵 104
4.4.2 正交铺设层合板刚度 105
4.4.3 正交铺设层合板的理论和实验刚度 107
4.4.4 角铺设层合板刚度 109
4.4.5 角铺设层合板的理论和实验刚度 111
4.4.6 小结 112
习题 112
4.5 层合板强度 112
4.5.1 引言 112
4.5.2 层合板强度分析的程序 113
4.5.3 层合板的强度准则 115
4.5.4 热应力和力学应力分析 116
4.5.5 正交铺设层合板的强度 118
4.5.6 角铺设层合板的强度 122
4.5.7 小结 124
习题 125
4.6 层间应力 125
4.6.1 经典层合理论 126
4.6.2 弹性方程式 127
4.6.3 弹性力学解结果 128
4.6.4 层间应力的实验证实 129
4.6.5 层间应力的含义 131
习题 132
4.7 层合板设计 133
4.7.1 层合板刚度不变量概念 133
4.7.2 层合板刚度不变量的特殊结果 135
4.7.3 层合板刚度不变量在设计中的应用 137
4.7.4 层合板连接接点 138
习题 140
参考文献 141
第五章 层合平板的弯曲、屈曲与振动 142
5.1 引言 142
5.2 层合平板的弯曲、屈曲与振动的基本方程 143
5.2.1 基本限制与假设 143
5.2.3 层合平板的平衡方程 144
5.2.3 层合平板的屈曲方程 145
5.2.4 层合平板的振动方程 146
5.3.1 特殊正交各向异性层合板 147
5.3 在横向分布载荷作用下简支层合平板的挠度 147
5.2.5 求解方法 147
5.3.2 对称角铺设层合板 148
5.3.3 反对称正交铺设层合板 151
5.3.4 反对称角铺设层合板 152
5.4 在平面载荷作用下简支层合平板的屈曲 153
5.4.1 特殊正交各向异性层合板 153
5.4.2 对称角铺设层合板 154
5.4.3 反对称正交铺设层合板 155
5.4.4 反对称角铺设层合板 157
5.5 简支层合平板的振动 159
5.5.1 特殊正交各向异性层合板 159
5.5.2 对称角铺设层合板 160
5.5.3 反对称正交铺设层合板 161
5.5.4 反对称角铺设层合板 162
5.6 刚度影响的小结 164
习题 166
参考文献 166
第六章 总论与其它课题 168
6.1 第一章到第五章的复习 168
6.2 疲劳 168
6.3 层合板上开孔 169
6.4 断裂力学 170
6.4.1 断裂力学的基本原理 171
6.4.2 断裂力学在复合材料中的应用 173
6.5 横向剪切影响 174
6.5.1 柱形弯曲的精确解 174
6.5.2 横向剪切影响的近似处理 176
6.6 环境影响 180
6.7 壳体 181
6.8 其它一些课题 181
参考文献 182
附录A 矩阵和张量 184
A.1 矩阵代数 184
A.1.1 矩阵定义 184
A.1.2 矩阵运算 185
A.2.1 坐标转换 187
A.2.2 各阶张量的定义 187
A.2 张量 187
A.2.3 简写符号 188
A.2.4 张量转换的矩阵形式 189
参考文献 189
附录B 简单变量函数的极大值和极小值 190
参考文献 192
附录C 典型的应力-应变曲线 192
参考文献 192