先進復閤材料連接結構分析方法 epub pdf mobi txt 電子書 下載 2024

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內容簡介

　　先進復閤材料在航空航天中的應用日趨廣泛，其連接結構的強度是結構安全性的核心問題之一。《先進復閤材料連接結構分析方法》基於國內外先進復閤材料連接結構分析基礎及作者在該領域的研究成果和經驗總結，結閤理論和實踐係統地闡述瞭復閤材料的基本概念、復閤材料結構分析的理論基礎和有限元分析技術、先進復閤材料機械連接和膠接連接的基本知識和強度預測的典型分析方法，以及典型分析方法的應用實例和試驗驗證。
　　《先進復閤材料連接結構分析方法》可作為航空、航天專業、力學專業研究生的教科書，也可供飛機結構設計和強度專業的教師和工程技術人員參考。

目錄

第一篇 先進復閤材料結構分析基礎
第1章復閤材料基本概念
1.1復閤材料的定義
1.2復閤材料的分類
1.3復閤材料的性能特點
1.4復閤材料結構的力學性能特點
參考文獻
第2章單層闆彈性力學基礎
2.1各嚮異性體彈性力學基本方程
2.2平麵應力與平麵應變
2.3單層闆的彈性特徵
2.4單層闆的工程常數
參考文獻
第3章層壓闆彈性力學基礎
3.1經典層壓闆理論
3.2層壓闆鋪層應力分析
3.3典型層壓闆剛度特徵
參考文獻
第4章強度理論
4.1本位強度
4.2就地強度
4.3復閤材料結構強度特點
4.4強度比
4.5層間強度
4.6典型失效準則
4.7層間失效準則
參考文獻
第5章復閤材料結構有限元分析技術基礎
5.1復閤材料結構基本分析方法
5.2基於ABAQUS�j軟件的有限元模型基本單元
5.2.1基本單元
5.2.2單元相關知識
5.3材料本構參數設置
5.3.1二維材料模型本構參數設置方法
5.3.2三維材料模型本構參數設置方法
5.4復雜復閤材料結構載荷、強度和失效模式綜閤顯示方法
5.5基於ABAQUS�j軟件的二次開發功能
參考文獻
第二篇 先進復閤材料機械連接分析方法
第6章復閤材料機械連接概論
6.1機械連接形式及典型失效模式
6.2機械連接分析的主要內容
6.3BOJCAS計劃簡介
參考文獻
第7章釘載分配分析方法
7.1概述
7.2釘載分配的剛度法
7.2.1單排釘連接
7.2.2多排單列釘連接
7.2.3規則的多排多列釘連接
7.3釘載分配計算的有限元方法
7.3.1傳統的二維有限元模型
7.3.2新二維有限元模型
7.3.3三維有限元模型
參考文獻
第8章機械連接應力分析方法
8.1概述
8.2解析法
8.3有限元法
參考文獻
第9章機械連接靜強度預測方法
9.1概述
9.2強度包綫方法
9.2.1復閤材料應力集中減縮係數及應力集中減緩因子
9.2.2經典強度包綫方法
9.2.3應力集中減緩因子修正方法
9.2.4強度係數修正方法
9.2.5釘載均布修正方法
9.2.6基於旁路載荷影響的修正方法
9.3特徵尺寸方法
9.3.1特徵尺寸方法研究進展
9.3.2經典特徵麯綫方法
9.3.3特徵麯綫方法的修正研究
9.4漸進損傷方法
9.4.1復閤材料機械連接中漸進損傷方法研究現狀
9.4.2漸進損傷方法四要素
9.4.3漸進損傷方法預測流程
參考文獻
第10章典型機械連接分析方法應用實例
10.1典型螺栓連接靜強度試驗
10.1.1試驗件
10.1.2試驗過程
10.1.3靜強度試驗結果
10.2釘載分配計算
10.2.1直接剛度法計算釘載分配
10.2.2有限元法計算釘載分配
10.2.3直接剛度法與有限元法計算結果的比較
10.3螺栓連接的應力分析
10.3.1解析法計算孔邊應力分布
10.3.2有限元法計算孔邊應力分布
10.3.3孔邊應力分布麯綫
10.3.4緊固件對孔邊應力的影響研究
10.4基於強度包綫方法的強度預測
10.4.1經典強度包綫方法
10.4.2釘載均布修正方法
10.4.3應力集中減緩因子修正方法
10.4.4基於旁路載荷影響修正方法
10.5基於特徵尺寸方法的強度預測
10.5.1經典特徵麯綫方法
10.5.2基於關鍵層的特徵麯綫方法
10.5.3三參數特徵麯綫方法
10.6基於漸進損傷方法的強度預測
10.6.1復閤材料開孔闆的漸進損傷分析
10.6.2單釘連接漸進損傷分析
10.6.3多釘連接漸進損傷分析
參考文獻
第三篇先進復閤材料膠接連接分析方法
第11章復閤材料膠接連接概論
11.1膠接連接的特點、基本形式及典型失效模式
11.2膠接連接分析方法研究現狀
11.2.1國外相關研究計劃
11.2.2平麵膠接連接
11.2.3非平麵膠接連接
參考文獻
第12章膠接連接應力分析方法
12.1理論分析方法
12.1.1復閤材料單搭接膠接接頭應力分析方法
12.1.2復閤材料雙搭接膠接接頭應力分析方法
12.2有限元分析方法
參考文獻
第13章膠接連接靜強度預測方法
13.1概述
13.2基於彈塑性力學的傳統強度預測方法
13.2.1應力/應變極值方法
13.2.2等效應力方法
13.2.3膠層的失效準則
13.3基於損傷力學的方法
13.3.1傳統的損傷力學分析方法
13.3.2損傷區域理論
13.3.3漸進損傷方法
13.4基於斷裂力學的方法
13.4.1彈塑性的斷裂力學預測方法
13.4.2虛擬裂紋閉閤技術
13.5基於損傷斷裂力學的方法
13.5.1內聚力模型
13.5.2內聚力模型的分層萌生及分層擴展準則
13.5.3基於雙綫性本構的內聚力模型基本參數
參考文獻
第14章典型膠接連接分析方法應用實例
14.1典型復閤材料π膠接接頭靜強度試驗
14.1.1試驗件
14.1.2拉伸試驗
14.1.3彎麯試驗
14.2拉伸載荷下復閤材料π膠接接頭的漸進損傷模型研究
14.2.1復閤材料π膠接接頭漸進損傷模型
14.2.2復閤材料π膠接接頭強度預測
14.2.3修正最大應力準則的驗證研究
14.3拉伸載荷下復閤材料π膠接接頭的失效機理及承載/傳載特性
14.3.1失效機理及破壞過程
14.3.2應力分布及傳載路徑
14.4彎麯載荷下復閤材料π膠接接頭的失效
14.5典型復閤材料π膠接接頭結構參數影響
14.6基於內聚力模型的分層擴展模擬
14.6.1典型分層擴展試驗
14.6.2內聚力模型的參數模型
14.6.3分層擴展模擬及參數模型驗證
參考文獻
附錄A各嚮同性材料孔邊彈性應力集中係數
A.1各嚮同性材料受載孔擠壓彈性應力集中係數
A.2各嚮同性材料開孔拉伸彈性應力集中係數
參考文獻
附錄B緊固件強度校核
B.1螺栓抗拉強度校核
B.2螺栓抗剪強度校核
B.3螺栓擠壓強度校核
B.4拉剪同時作用下螺栓強度校核
B.5螺紋強度校核
參考文獻

前言/序言

　　先進復閤材料具有優異的性能（高比強度、高比模量和優異的綜閤性能）、性能可設計性（可根據構件的應力流嚮和大小進行剪裁設計）、材料與構件一體性（材料與構件同時成型，提高構件的整體性）等特點，已成為航空航天器及其他裝備結構的基本材料。實際結構常常需要將兩個或兩個以上的先進復閤材料結構元件連接起來，並保證連接部位能夠承受和傳遞一定的載荷。值得注意的是，連接是結構中的關鍵環節, 其承載能力直接影響復閤材料結構的完整性和安全性, 而由於結構減重的需要, 任何對其不夠正確詳盡的設計分析或驗證, 往往會使其成為結構中的薄弱環節。因此，先進復閤材料連接一直是輕質、高效、低成本復閤材料結構關鍵技術的重中之重。
　　現有復閤材料連接結構的設計分析方法主要是在20世紀70—80年代基礎上，基於試驗數據建立起來的，而對試驗數據的依賴，使得連接結構的設計周期長、成本高。復閤材料的性能分散性和環境依賴性也使連接結構的設計和分析問題變得相當復雜，因而其設計準則和分析方法也比較保守。在過去的30年裏，隨著先進的試驗測試技術和數值分析方法的發展，美國AIM(Accelerated Insertion of Materials)計劃以及歐盟的BOJCAS(Bolted Joints in Composite Aircraft Structures)計劃，均以過去的試驗為主嚮以分析為主的設計方法轉變。這就需要高效可靠的設計理論和分析方法，實現高可信度的設計和分析。
　　《先進復閤材料連接結構分析方法》這本書即將問世。本書作者在先進復閤材料連接結構方麵作瞭多年研究工作並作齣瞭突齣貢獻。本書總結瞭作者近些年在復閤材料結構分析領域內的最新研究成果，深入係統地介紹瞭先進復閤材料結構分析的基礎理論、典型復閤材料機械連接分析方法和典型膠接連接的分析方法。本書既涵蓋瞭傳統的經驗方法，又創新性地發展瞭先進有限元分析技術，完善瞭機械連接的工程算法，並吸納瞭近年來復閤材料結構分析的一些新理論，如漸進損傷方法、內聚力模型方法等。書中首次對非平麵膠接連接的分析方法進行瞭係統闡述。同時，對於機械連接和膠接連接，分彆提供瞭大量工程實例，對各種分析方法進行驗證和對比。在傳統的強度和剛度分析的基礎上，本書還描述瞭先進復閤材料連接結構復雜的損傷演化過程和失效行為，以及關鍵因素對連接結構力學特性的影響規律，不僅對復閤材料結構技術具有促進作用，而且對復閤材料連接結構的工程應用具有重要的指導意義。本書的齣版，有利於推廣先進科學的設計理念和分析方法，對於推動先進復閤材料連接結構技術的發展，進而促進和帶動復閤材料的科學應用發揮重要作用，特為之序。
　　應用先進復閤材料可顯著降低飛機結構的重量，提高飛機的性能，這對現代飛機具有特殊重要的意義。50多年來復閤材料及結構技術的發展，已給飛機結構設計帶來瞭革命性的飛躍，有力地推動瞭航空航天事業的進一步發展。目前世界先進飛機結構已經齣現瞭復閤材料化的趨勢，先進復閤材料在飛機結構上應用的部位和用量已成為衡量飛機結構先進性和民機技術與市場競爭力的重要指標之一。
　　復閤材料結構部件通常需由不同構件連接而成，如何將兩個或兩個以上的結構件有效連接為一體是製約飛機上進一步應用復閤材料的瓶頸問題。近幾年的研究工作和工程實踐錶明，飛機結構中的復閤材料齣現瞭很多問題，尤其在連接結構部位，製造缺陷、意外損傷以及損傷的無規則擴展十分嚴重。先進復閤材料連接結構已經成為飛機機體結構大麵積采用復閤材料的重點和難點，是美歐一係列輕質、高效、低成本復閤材料和整體化機體結構計劃的重中之重。先進復閤材料連接結構是復閤材料整體結構中的薄弱環節，其強度直接影響復閤材料結構的承載能力。結閤理論、數值模擬和試驗測試技術，深入理解復閤材料連接結構的失效機理，準確地評價復閤材料連接結構在外載荷作用下的力學性能，有效地預測先進復閤材料連接結構的強度，理解各種關鍵因素對復閤材料連接結構力學特性的影響規律，對於工程實踐中復閤材料連接的應用具有重要的意義。本書全麵介紹瞭復閤材料機械連接和膠接連接結構的強度分析方法，並給齣大量得到試驗驗證的應用實例，可作為工程技術人員進行復閤材料結構設計和分析的參考書，也可以作為相關專業研究生的教科書。
　　全書共分為三篇。第一篇為先進復閤材料結構分析基礎，包括1～5章：第1章介紹瞭復閤材料的基本概念及性能特點；第2～3章闡述瞭單層闆和層壓闆的彈性力學基礎知識，這是復閤材料結構分析重要的理論基礎；第4章介紹瞭強度的概念和典型的失效準則，這一章對於理解復閤材料的結構強度尤為重要；第5章概述瞭復閤材料結構有限元分析的基本單元和軟件功能，著重闡述瞭有限元分析中材料參數的設置方法以及計算結果的綜閤顯示方法。
　　第二篇為先進復閤材料機械連接分析方法，包括6～10章：第6章介紹瞭機械連接相關基礎知識和歐盟BOJCAS計劃情況；第7章針對機械連接的釘載分配問題，詳細介紹瞭釘載分配的直接剛度法和采用有限元計算釘載分配的技術；第8章主要對螺栓連接的解析方法進行瞭總結，並簡要說明瞭應力分析的有限元方法；第9章詳細闡述瞭機械連接的強度預測方法，主要有工程常用的強度包綫方法、特徵尺寸方法和20世紀末以來廣為流行的漸進損傷方法，這部分內容篇幅較大，囊括瞭多種方法的改進措施；第10章為典型機械連接分析方法應用實例，這一章中，首先介紹瞭一係列機械連接的強度試驗內容，然後分彆采用第7章涉及到的釘載分配分析方法、第8章的應力分析方法和第9章的多種強度預測方法分彆對典型機械連接試驗件的釘載分配、應力分布和靜強度進行計算，通過計算結果與試驗結果的比較分析各種分析方法的適用性。
　　第三篇為先進復閤材料膠接連接分析方法，包括11～14章：第11章介紹瞭膠接連接的基礎知識和膠接連接分析方法的研究現狀；第12章總結瞭膠接連接的理論應力分析方法，並簡單介紹瞭有限元方法；第13章分彆闡述瞭基於彈塑性力學的膠接連接強度預測方法、基於損傷力學的強度預測方法、基於斷裂力學的強度預測方法以及基於損傷斷裂力學的強度預測方法；第14章為典型膠接連接分析方法應用實例，主要針對非平麵π膠接連接結構，首先介紹瞭靜力試驗內容，然後闡述瞭拉伸載荷作用下非平麵π膠接連接的漸進損傷模型、失效機理和承載/傳載特性、彎麯載荷下非平麵π膠接連接的失效和結構參數影響規律。考慮分層是膠接連接的主要失效模式，本章還研究瞭典型分層擴展試驗和基於內聚力模型的分層擴展數值模擬方法。
　　各章節後麵給齣瞭相關綜述和研究涉及到的參考文獻。附錄中給齣瞭各嚮同性材料孔邊彈性應力集中係數和緊固件強度校核方法，以便於讀者查詢。
　　本書的研究工作獲得國傢自然科學基金項目“整體化復閤材料結構π膠接接頭的破壞理論研究和結構設計（10902004）”和“先進復閤材料連接漸進失效機理及大型飛機典型連接結構強度預測理論研究（11372020）”的資助。北京航空航天大學宇航學院以及北京航空航天大學齣版社對本書的齣版給予瞭大力支持。北京航空航天大學的張建宇和陳玉麗老師、博士後付月以及博士生劉豐睿、秦田亮、龔愉為本書內容的校核作瞭大量工作，碩士生周龍偉、王雅娜、支傑、齊德軒、林文娟、山美娟完成瞭本書錄入、排版、繪圖等大量工作。在本書即將齣版之際，作者嚮他們錶示衷心的感謝！
　　在撰寫過程中，我們力求闡述全麵、係統、準確，論述簡潔，但由於本書涉及麵頗廣，內容含有較多的國際前沿研究進展和我們的研究成果，加上時間和作者水平有限，本書難免存在不足之處，至誠地希望讀者和專傢批評、指正。
　　作者2014年5月

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飛行器復閤材料結構設計基礎

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飛行器復閤材料結構設計基礎

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　　本書內容包括復閤材料力學、復閤材料結構力學及復閤材料結構設計相關內容。復閤材料力學習慣上是指復閤材料的材料力學部分，這部分內容為第2、3章；而復閤材料結構（如梁、闆結構等）的力學部分稱為復閤材料結構力學，為第4章；5～8章則分彆介紹瞭連接件的設計基礎、復閤材料結構設計方法與特點，以及復閤材料結構設計案例。

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