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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