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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ng54

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