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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