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第1篇 复合材料导论3

第1章 复合材料的构造、特性、应用及发展3

1.1引言3

1.2复合材料的分类4

1.3复合材料的构造与特性6

1.4复合材料的优点和缺点8

1.4.1复合材料的优点8

1.4.2复合材料的缺点10

1.5复合材料的应用11

1.6复合材料的发展16

思考题与习题20

第2篇 复合材料力学25

第2章 单层板的宏观力学分析25

2.1单层板的正轴刚度25

2.2单层板的偏轴刚度34

2.2.1应力转换和应变转换34

2.2.2单层板的偏轴模量38

2.2.3单层板的偏轴柔量42

2.2.4单层板的偏轴工程弹性常数44

2.3单层板的强度50

2.3.1正交各向异性单层板的基本强度50

2.3.2最大应力强度准则和最大应变强度准则51

2.3.3蔡-希尔（Tsai-Hill）强度准则53

2.3.4霍夫曼（Hof fman）强度准则53

2.3.5蔡-吴（Tsai-Wu）张量准则53

2.3.6单层板强度的计算方法57

2.4单层板的三维应力-应变关系62

2.4.1各向异性线弹性材料的应力-应变关系62

2.4.2单对称材料的应力-应变关系63

2.4.3正交各向异性单层的应力-应变关系63

2.4.4横观各向同性单层的应力-应变关系64

2.4.5正交各向异性单层的三维工程弹性常数65

2.4.6与平面应力状态的关系66

思考题与习题67

第3章 层合板的宏观力学分析69

3.1引言69

3.2对称层合板的面内刚度72

3.2.1面内力-面内应变的关系72

3.2.2对称层合板的面内工程弹性常数74

3.2.3面内刚度系数的计算75

3.2.4几种典型对称层合板的面内刚度76

3.3一般层合板的刚度84

3.3.1经典层合板理论84

3.3.2对称层合板的弯曲刚度系数计算91

3.3.3一般层合板的刚度系数计算94

3.3.4几种典型层合板的刚度96

3.3.5平行移轴定理102

3.4层合板的强度103

3.4.1层合板各单层的应力计算与强度校核103

3.4.2层合板的强度106

3.5层合板的湿热效应109

3.5.1单层板的湿热变形109

3.5.2考虑湿热应变的单层板应力与应变关系110

3.5.3考虑湿热应变的层合板内力与应变关系111

3.5.4层合板的湿热应变111

3.5.5层合板的残余应变和残余应力112

3.5.6考虑残余应力的层合板强度计算113

思考题与习题113

第4章 单层板的细观力学分析115

4.1引言115

4.2复合材料的密度和组分材料的含量116

4.3单向连续纤维增强复合材料弹性常数的预测118

4.3.1串联模型的弹性常数118

4.3.2并联模型的弹性常数121

4.3.3植村-山胁的经验公式122

4.3.4组合模型的弹性常数123

4.3.5哈尔平-蔡（Halpin-Tsai）方程126

4.3.6蔡-韩（Tsai-Hahn）的修正公式127

4.4单向连续纤维增强复合材料基本强度的预测129

4.4.1纵向拉伸强度Xt129

4.4.2纵向压缩强度Xc131

4.5正交织物复合材料弹性常数和基本强度的预测133

4.5.1正交织物复合材料的弹性常数134

4.5.2正交织物复合材料的基本强度135

4.6短纤维增强复合材料的细观力学分析135

4.6.1应力传递理论136

4.6.2单向短纤维增强复合材料的弹性常数和强度139

4.6.3平面随机取向短纤维增强复合材料的弹性常数和强度140

4.6.4空间随机取向短纤维增强复合材料的弹性常数和强度140

4.6.5短切纤维毡增强复合材料的弹性常数和强度140

4.7颗粒增强复合材料的弹性常数和强度141

4.8湿热膨胀系数的细观力学分析141

4.8.1纵向热膨胀系数α1141

4.8.2横向热膨胀系数α2143

4.8.3纵向湿膨胀系数β1144

4.8.4横向湿膨胀系数β2145

思考题与习题145

第3篇 复合材料结构设计基础149

第5章 复合材料连接分析与设计149

5.1复合材料连接特点149

5.2胶接连接设计150

5.2.1胶接连接的破坏形式150

5.2.2胶接连接设计基础151

5.2.3搭接接头的极限承载力分析153

5.3机械连接设计157

5.3.1机械连接的破坏形式157

5.3.2机械连接设计基础158

5.3.3机械连接强度校核162

5.3.4机械连接设计和强度校核举例163

思考题与习题166

第6章 复合材料结构设计基础167

6.1复合材料结构设计过程167

6.2原材料的性能及其选择169

6.2.1选材的基本原则169

6.2.2增强材料的种类170

6.2.3增强材料的选择185

6.2.4树脂基体186

6.2.5耐腐蚀复合材料的树脂基体190

6.2.6树脂基体的选择194

6.3复合材料成型工艺选择197

6.4复合材料层合板的力学性能200

6.5层合板设计200

6.5.1层合板设计的一般原则201

6.5.2等代设计法204

6.5.3准网络设计法204

6.5.4层合板排序设计法206

6.5.5毯式曲线设计法207

6.5.6层合板优化设计法209

6.6结构设计211

6.6.1结构设计的一般原则211

6.6.2结构设计应考虑的工艺性要求212

6.6.3许用值的确定212

6.6.4安全系数的确定214

6.7典型结构件设计216

6.7.1承拉杆件216

6.7.2承压杆件216

6.7.3承扭杆件218

6.7.4承弯杆件218

6.7.5板状构件222

6.7.6壳状构件223

6.8复合材料结构形式的分类及其选择223

思考题与习题225

第4篇 复合材料典型产品设计229

第7章 纤维缠绕压力容器设计229

7.1引言229

7.2网络理论230

7.3纤维缠绕内压容器筒身段的网络理论231

7.3.1单螺旋缠绕筒身段231

7.3.2双螺旋缠绕筒身段233

7.4纤维缠绕内压容器封头段的网络理论235

7.4.1封头段的基本方程235

7.4.2等应力封头238

7.4.3平面缠绕封头240

7.4.4封头形式的选择与封头补强242

7.5纤维缠绕内压容器设计实例244

思考题与习题247

第8章 复合材料贮罐设计249

8.1引言249

8.2层合结构设计251

8.2.1贮罐罐壁的层合结构251

8.2.2单位载荷设计法252

8.2.3强度设计与铺层设计同时进行法255

8.2.4层合结构的厚度计算256

8.3卧式复合材料贮罐的结构设计与计算257

8.3.1鞍座设计257

8.3.2卧式贮罐受力分析259

8.3.3贮罐筒体强度设计与校核263

8.3.4封头设计266

8.3.5设计实例269

8.4立式复合材料贮罐的结构设计与计算272

8.4.1立式贮罐内力分析272

8.4.2立式贮罐的顶盖和罐底设计273

8.4.3立式贮罐支座设计274

8.5拼装式复合材料贮罐276

8.6复合材料贮罐的零部件设计278

8.6.1贮罐的开孔与补强278

8.6.2贮罐进出口管和人孔278

8.7复合材料贮罐的制造280

8.7.1原材料的选择281

8.7.2贮罐的制造282

思考题与习题284

第9章 复合材料管道设计285

9.1引言285

9.2架空管的设计287

9.2.1管道壁厚的计算287

9.2.2管道跨度计算288

9.3地下埋设管的设计290

9.3.1地下管载荷计算290

9.3.2地下复合材料管的压力校核292

9.3.3地下复合材料管的弯曲强度和刚度校核293

9.3.4组合载荷296

9.3.5地下复合材料管的稳定性校核297

9.3.6地下复合材料管的轴向应力298

9.3.7设计计算实例298

9.4复合材料管的制造301

9.4.1不同制管工艺的比较301

9.4.2缠绕工艺制造定长管303

9.5复合材料管道连接305

思考题与习题308

第10章 复合材料叶片设计309

10.1引言309

10.2复合材料叶片结构设计311

10.2.1叶片的气动设计311

10.2.2叶片纵剖面的结构形式312

10.2.3叶片横剖面的结构形式312

10.2.4铺层设计313

10.2.5叶根设计316

10.3复合材料叶片的强度、刚度和频率计算317

10.3.1叶片的强度计算318

10.3.2叶片的刚度计算321

10.3.3叶片的频率计算321

10.4复合材料叶片的工艺设计322

10.4.1原材料的选择322

10.4.2叶片成型模具324

10.4.3叶片成型工艺325

10.5复合材料叶片的试验工作329

思考题与习题330

第11章 复合材料冷却塔设计331

11.1引言331

11.2冷却塔构造设计335

11.2.1空气分配装置335

11.2.2淋水填料335

11.2.3布水系统336

11.2.4收水器337

11.2.5风机337

11.2.6减速机338

11.2.7塔体338

11.2.8降低噪声339

11.3冷却塔热力计算340

11.4玻璃钢冷却塔塔体结构设计343

11.4.1上塔体薄膜应力的计算343

11.4.2下塔体计算345

11.4.3安全系数346

11.5玻璃钢冷却塔塔体成型工艺设计346

11.5.1模具制作346

11.5.2冷却塔塔体手糊成型工艺348

11.6冷却塔的选型与使用349

思考题与习题350

附录A复合材料国家标准目录汇编351

附录B复合材料管道、贮罐及容器常用标准目录汇编355

参考文献359