第1章 民机全机有限元建模方法研究 1
1.1 全局有限元建模准则 1
1.1.1 有限元模型定义 1
1.1.2 NASTRAN卡片使用规定 8
1.1.3 飞机建模通用界面要求 9
1.1.4 飞机有限元建模原则 10
1.1.5 典型结构模型简化规定（金属材料结构） 17
1.1.6 典型结构模型简化规定（复合材料结构） 19
1.2 全局有限元模型验证 23
1.3 模型管理 71
1.3.1 模型命名规定 71
1.3.2 模型提交 71
1.3.3 复合材料外翼有限元模型归档管理 71
1.4 飞机典型结构有限元分析 72
1.4.1 机身结构的有限元分析 72
1.4.2 机翼、尾翼结构的有限元分析 73
参考文献 74
附录1 基于区域的复合材料建模方法 75
附录2 基于板层的建模方法 76
第2章 加筋板结构分析方法 81
2.0 符号说明 81
2.1 加筋板结构失效形式 82
2.2 壁板的拉伸强度 82
2.2.1 NASA TN D-1259方法 82
2.2.2 国外某公司工程方法 82
2.3 壁板压缩强度 84
2.3.1 蒙皮屈曲应力 84
2.3.2 长方形蒙皮屈曲应力 84
2.3.3 三角形蒙皮压缩屈曲应力 86
2.3.4 锥形蒙皮屈曲应力 87
2.3.5 平行四边形蒙皮屈曲应力 89
2.3.6 长方形蒙皮在线性变化轴力作用下的屈曲应力 89
2.3.7 桁条的局部失稳分析 92
2.3.8 桁条的压损应力 96
2.3.9 壁板的压缩破坏 102
2.3.10 工程实例 107
2.4 壁板剪切强度 109
2.4.1 蒙皮的抗剪强度 109
2.4.2 壁板剪切屈曲 110
2.4.3 壁板不完全张力场分析 114
2.4.4 工程实例 120
2.5 壁板压剪、拉剪屈曲分析 125
2.5.1 壁板压剪屈曲应力 125
2.5.2 拉剪屈曲应力 125
2.5.3 工程实例 125
参考文献 126
第3章 板壳结构屈曲分析方法 127
3.0 符号说明 127
3.1 板壳结构典型失效形式分析 129
3.2 平板结构屈曲分析 130
3.2.1 矩形平板结构屈曲分析流程 130
3.2.2 矩形平板的屈曲分析 130
3.2.3 平行四边形平板的屈曲分析 149
3.2.4 三角形平板的屈曲分析 152
3.2.5 梯形平板的屈曲分析 154
3.2.6 平板结构过屈曲及张力场分析方法 157
3.2.7 平板的破坏 161
3.3 曲板结构屈曲分析 163
3.3.1 曲板结构的分析流程 163
3.3.2 矩形曲板的屈曲分析 164
3.3.3 塑性修正 172
3.4 圆筒结构屈曲分析 174
3.4.1 圆筒结构屈曲分析概要 174
3.4.2 轴压载荷作用下的圆筒壳的屈曲分析 174
3.4.3 纯弯曲载荷作用下的圆筒壳的屈曲分析 178
3.4.4 纯扭载荷作用下的圆筒壳的屈曲分析 179
3.4.5 横向剪切载荷作用下的圆筒壳的屈曲分析 181
3.4.6 外压载荷作用下的圆筒壳的屈曲分析 181
3.4.7 复杂载荷作用下的圆筒壳的屈曲分析 182
3.4.8 薄壁锥壳和截锥壳的屈曲分析 185
3.4.9 椭圆筒壳的屈曲分析 190
3.4.10 球面曲板的屈曲分析 191
3.5 板壳结构屈曲问题的有限元分析技术 192
3.5.1 矩形平板稳定性分析有限元方法 192
3.5.2 三角形平板屈曲分析有限元方法 193
3.5.3 曲板的屈曲分析有限元方法 194
参考文献 195
第4章 加筋件结构分析方法 197
4.0 符号说明 197
4.1 加筋件结构典型失效形式分析 199
4.2 加筋件总体屈曲分析 200
4.2.1 临界应力方程 200
4.2.2 端部支持系数 201
4.2.3 切线模量Et 201
4.2.4 设计曲线 204
4.3 加筋件的扭转失稳 204
4.3.1 加筋件具有两根对称轴线剖面的扭转稳定性 204
4.3.2 加筋件具有一根对称轴线剖面的扭转稳定性 205
4.3.3 加筋件具有非对称剖面的扭转稳定性 205
4.4 加筋件局部屈曲分析 205
4.4.1 板元法 206
4.4.2 I形、Z形以及槽形加筋件局部屈曲分析方法 210
4.4.3 Z型加筋件局部屈曲分析方法 212
4.4.4 槽形加筋件局部屈曲分析方法 218
4.5 铆钉间屈曲分析方法 226
4.6 加筋件结构有限元分析 227
4.6.1 加筋件有限元建模 227
4.6.2 角材的模拟 228
4.6.3 多钉连接有限元模拟 229
参考文献 230
第5章 薄板梁结构分析方法 231
5.0 符号说明 231
5.1 薄板梁结构典型失效形式 233
5.2 腹板应力分析 233
5.2.1 剪力场状态下腹板应力 233
5.2.2 腹板剪切失稳 234
5.2.3 弯曲失稳 236
5.2.4 复合载荷作用下的稳定性 237
5.3 对角拉伸腹板分析 240
5.3.1 张力场类型 240
5.3.2 完全张力场 240
5.3.3 不完全张力场 242
5.3.4 梁缘条应力 245
5.3.5 支柱应力 246
5.3.6 端部框与开口框的计算 246
5.3.7 张力场应用算例 248
5.4 缘条应力分析 251
5.4.1 缘条设计许用应力 252
5.4.2 设计许用应力载荷下的应力-应变关系 252
5.4.3 缘条强度 252
5.4.4 斜缘条的抗剪能力 253
5.5 紧固件受载分析方法 253
5.5.1 腹板与缘条、腹板与端加筋支柱的连接 253
5.5.2 腹板与加筋支柱的单面连接 254
5.5.3 加筋支柱与腹板的连接 254
5.6 薄板梁有限元分析 255
参考文献 257
第6章 耳片结构分析方法 259
6.0 符号说明 259
6.1 耳片结构典型失效形式 263
6.1.1 主方向 263
6.1.2 失效模式 264
6.2 轴向载荷分析方法 266
6.2.1 剪切-挤压破坏 266
6.2.2 拉伸破坏 266
6.2.3 屈服破坏——耳片 268
6.2.4 耳片轴向许用应力计算流程图 268
6.3 横向载荷分析方法 270
6.3.1 极限载荷 270
6.3.2 屈服载荷 271
6.3.3 确定屈服载荷 271
6.3.4 横向载荷作用时的许用载荷计算流程 272
6.4 斜向载荷分析方法 273
6.5 挤压载荷分析方法 274
6.6 销钉分析方法 274
6.6.1 销钉剪切 274
6.6.2 销钉弯曲 274
6.7 实例 283
6.7.1 基本参数 283
6.7.2 耳片受力分析 283
6.7.3 销钉应力 286
参考文献 287
第7章 加强孔结构分析方法 289
7.0 符号说明 289
7.1 概述 290
7.1.1 术语（定义） 290
7.1.2 行为和失效模式 290
7.1.3 方法介绍 290
7.2 数据准备 291
7.2.1 材料参数 291
7.2.2 几何参数 291
7.3 一般方法 292
7.3.1 应力集中系数Kt的计算 292
7.3.2 等效应力σequi的计算 294
7.3.3 考虑过渡半径情况 295
7.3.4 紧固加强件中紧固件的载荷 295
7.4 基本数据 300
7.4.1 几何效率系数η的计算 300
7.4.2 Kt的计算 303
7.5 流程图 318
7.6 实例 318
7.6.1 含宽对称加强件的圆孔 318
7.6.2 含紧凑非对称窄加强件的椭圆孔 320
7.6.3 含衬套加强件的圆孔 321
7.6.4 三角形孔的加强件 322
7.6.5 渐变厚度加强件 323
参考文献 325
第8章 螺栓和铆钉连接分析方法 327
8.0 符号说明 327
8.1 螺栓和铆钉典型连接及失效形式 329
8.2 剪切载荷分析方法 329
8.2.1 金属板破坏 330
8.2.2 剪切／挤压／过渡破坏 334
8.2.3 用于修补的加大紧固件 339
8.2.4 螺栓-螺母组合和锁紧螺栓-垫圈组合 339
8.2.5 预紧力的影响 339
8.2.6 周围结构的影响 339
8.2.7 一般剪切连接件静强度的确定 339
8.3 拉伸载荷分析方法研究 341
8.3.1 失效模式（极限载荷） 341
8.3.2 静强度设计值（极限拉伸强度） 342
8.3.3 静强度设计值（屈服拉伸强度） 346
8.3.4 预紧力的影响 346
8.4 剪切／拉伸分析方法研究 352
8.4.1 剪切／拉伸载荷作用下连接件的静强度确定 352
8.4.2 预紧力对剪切／拉伸相互作用准则的影响 352
8.4.3 剪切／拉伸相互作用安全系数计算 352
8.5 带预紧力螺钉接触的有限元分析实例 356
8.5.1 问题描述 356
8.5.2 分析步骤 356
参考文献 361
第9章 复合材料层合板结构分析方法 363
9.0 符号说明 363
9.1 复合材料层合板失效准则 366
9.1.1 复合材料层合板失效分析方法介绍 366
9.1.2 层合板单层内的失效模式 366
9.1.3 层合板层间失效模式 368
9.2 复合材料层合板面内／弯曲／横向剪切分析方法研究 368
9.2.1 复合材料层合板应力分析 368
9.2.2 复合材料层合板失效准则 377
9.2.3 复合材料层合板失效分析 381
9.2.4 算例分析 381
9.3 复合材料层合板屈曲分析方法 384
9.3.1 层合板屈曲分析方法介绍 384
9.3.2 正交各向异性矩形层合板在单轴压缩载荷的屈曲分析 385
9.3.3 正交各向异性矩形平板在双轴压缩载荷的屈曲分析 387
9.3.4 正交各向异性矩形层合板的剪切屈曲分析 388
9.3.5 正交各向异性矩形层合板在压缩-剪切耦合载荷的屈曲分析 389
9.3.6 算例分析 389
9.4 复合材料层合板开口结构分析方法 390
9.4.1 层合板开口结构分析方法介绍 390
9.4.2 孔的尺寸影响 392
9.4.3 失效准则 393
9.4.4 算例分析 394
参考文献 395
第10章 复合材料夹层板结构分析方法 397
10.0 符号说明 397
10.1 夹层板结构失效准则 399
10.1.1 夹层板结构分析方法介绍 399
10.1.2 基本参数 399
10.1.3 夹层板结构失效模式 399
10.2 夹层板结构面内／弯曲／横向剪切分析方法 402
10.2.1 夹层结构的基本性能 402
10.2.2 复合材料夹层板应力分析工程方法（面内／弯曲／横向剪切分析方法） 402
10.2.3 方法算例 408
10.3 夹层板结构屈曲分析方法 411
10.3.1 复合材料夹层板局部屈曲分析方法 411
10.3.2 复合材料夹层板总体屈曲分析方法研究 414
10.3.3 算例夹层板稳定性分析 416
10.4 夹层板损伤容限分析 416
10.4.1 Lie模型 416
10.4.2 Cairns模型 416
10.4.3 Kassapoglou模型 417
10.4.4 Minguet模型 418
10.4.5 Tsang模型 419
参考文献 419
第11章 复合材料连接结构分析方法 421
11.0 符号说明 421
11.1 复合材料螺栓连接分析 423
11.1.1 复合材料螺栓连接分析方法介绍 423
11.1.2 复合材料螺栓连接分析方法 423
11.1.3 复合材料机械连接的破坏模式 423
11.1.4 单钉连接强度校核方法 424
11.1.5 复合材料单钉连接经验分析方法 428
11.1.6 复合材料结构多钉连接钉载分配分析 430
11.1.7 多钉连接强度校核 436
11.1.8 复合材料拉脱强度分析 437
11.1.9 机械连接疲劳 437
11.2 复合材料胶结连接分析方法 438
11.2.1 胶接连接分析方法 438
11.2.2 胶接连接的基本形式 439
11.2.3 胶接连接的基本破坏模式 439
11.2.4 单搭接接头应力及强度分析 440
11.2.5 双搭接接头应力及强度分析 443
11.2.6 楔形搭接接头应力及强度分析 444
11.2.7 阶梯式接头应力及强度分析 445
11.2.8 胶接接头分析算例 447
11.3 复合材料结构的相关适航要求 449
11.3.1 条款CCAR25.6 13材料的强度性能和设计值 450
11.3.2 条款CCAR25.3 05强度和变形 450
11.3.3 复合材料结构“积木式”验证方法 451
参考文献 452
第12章 典型民机结构强度试验 453
12.1 材料、元件及细节试验 453
12.1.1 试验的目的及意义 453
12.1.2 试验的主要对象及考核内容 453
12.1.3 试验的技术要求及依据 454
12.1.4 试验实施注意事项 456
12.1.5 试验结果数据处理 456
12.1.6 典型的试验项目及技术简介 458
12.1.7 试验中常用的配套设备、仪器以及相关技术 467
12.2 结构组件试验 467
12.2.1 试验目的及意义 467
12.2.2 试验的主要对象及考核内容 467
12.2.3 试验件的设计、制造 468
12.2.4 试验载荷 468
12.2.5 试验夹具的设计、制造 468
12.2.6 试验实施 469
12.2.7 试验结果数据分析处理 469
12.2.8 典型的试验项目及技术简介 470
12.2.9 试验中常用的配套设备、仪器 476
12.3 部件试验 477
12.3.1 试验目的及意义 477
12.3.2 试验项目及考核内容 477
12.3.3 试验件的设计、制造 479
12.3.4 试验件的支持 479
12.3.5 试验载荷处理 479
12.3.6 试验夹具的设计 481
12.3.7 试验实施 481
12.3.8 试验数据处理 481
12.3.9 典型部件试验 482
12.3.10 试验中常用的配套设备、仪器 485
12.4 全机静强度试验 485
12.4.1 试验目的 485
12.4.2 试验项目 486
12.4.3 试验顺序 486
12.4.4 试验件 486
12.4.5 试验设计 487
12.4.6 静强度试验程序 489
12.4.7 试验主要设备和基础设施 491
12.5 全机疲劳和损伤容限试验 494
12.5.1 试验目的 494
12.5.2 试验规划 494
12.5.3 试验设计 495
12.5.4 试验安全保护 496
12.5.5 试验主要设备和基础设施 497
参考文献 497