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第一篇 先进复合材料结构分析基础1

第1章 复合材料基本概念1

1.1 复合材料的定义1

1.2 复合材料的分类1

1.3 复合材料的性能特点2

1.4 复合材料结构的力学性能特点5

参考文献8

第2章 单层板弹性力学基础9

2.1 各向异性体弹性力学基本方程9

2.2 平面应力与平面应变13

2.3 单层板的弹性特征15

2.4 单层板的工程常数19

参考文献22

第3章 层压板弹性力学基础23

3.1 经典层压板理论23

3.2 层压板铺层应力分析26

3.3 典型层压板刚度特征27

参考文献31

第4章 强度理论32

4.1 本位强度32

4.2 就地强度33

4.3 复合材料结构强度特点35

4.4 强度比35

4.5 层间强度37

4.6 典型失效准则38

4.7 层间失效准则45

参考文献47

第5章 复合材料结构有限元分析技术基础49

5.1 复合材料结构基本分析方法49

5.2 基于ABAQUS？软件的有限元模型基本单元51

5.2.1 基本单元51

5.2.2 单元相关知识54

5.3 材料本构参数设置56

5.3.1 二维材料模型本构参数设置方法57

5.3.2 三维材料模型本构参数设置方法61

5.4 复杂复合材料结构载荷、强度和失效模式综合显示方法66

5.5 基于ABAQUS？软件的二次开发功能70

参考文献71

第二篇 先进复合材料机械连接分析方法73

第6章 复合材料机械连接概论73

6.1 机械连接形式及典型失效模式74

6.2 机械连接分析的主要内容77

6.3 BOJCAS计划简介77

参考文献79

第7章 钉载分配分析方法81

7.1 概述81

7.2 钉载分配的刚度法83

7.2.1 单排钉连接83

7.2.2 多排单列钉连接84

7.2.3 规则的多排多列钉连接88

7.3 钉载分配计算的有限元方法88

7.3.1 传统的二维有限元模型89

7.3.2 新二维有限元模型92

7.3.3 三维有限元模型95

参考文献97

第8章 机械连接应力分析方法98

8.1 概述98

8.2 解析法100

8.3 有限元法103

参考文献103

第9章 机械连接静强度预测方法105

9.1 概述105

9.2 强度包线方法105

9.2.1 复合材料应力集中减缩系数及应力集中减缓因子106

9.2.2 经典强度包线方法107

9.2.3 应力集中减缓因子修正方法113

9.2.4 强度系数修正方法114

9.2.5 钉载均布修正方法115

9.2.6 基于旁路载荷影响的修正方法116

9.3 特征尺寸方法118

9.3.1 特征尺寸方法研究进展118

9.3.2 经典特征曲线方法119

9.3.3 特征曲线方法的修正研究121

9.4 渐进损伤方法125

9.4.1 复合材料机械连接中渐进损伤方法研究现状125

9.4.2 渐进损伤方法四要素127

9.4.3 渐进损伤方法预测流程131

参考文献132

第10章 典型机械连接分析方法应用实例135

10.1 典型螺栓连接静强度试验135

10.1.1 试验件135

10.1.2 试验过程137

10.1.3 静强度试验结果138

10.2 钉载分配计算140

10.2.1 直接刚度法计算钉载分配140

10.2.2 有限元法计算钉载分配143

10.2.3 直接刚度法与有限元法计算结果的比较145

10.3 螺栓连接的应力分析146

10.3.1 解析法计算孔边应力分布146

10.3.2 有限元法计算孔边应力分布151

10.3.3 孔边应力分布曲线155

10.3.4 紧固件对孔边应力的影响研究156

10.4 基于强度包线方法的强度预测162

10.4.1 经典强度包线方法163

10.4.2 钉载均布修正方法165

10.4.3 应力集中减缓因子修正方法166

10.4.4 基于旁路载荷影响修正方法169

10.5 基于特征尺寸方法的强度预测171

10.5.1 经典特征曲线方法172

10.5.2 基于关键层的特征曲线方法173

10.5.3 三参数特征曲线方法174

10.6 基于渐进损伤方法的强度预测175

10.6.1 复合材料开孔板的渐进损伤分析176

10.6.2 单钉连接渐进损伤分析178

10.6.3 多钉连接渐进损伤分析180

参考文献182

第三篇 先进复合材料胶接连接分析方法183

第11章 复合材料胶接连接概论183

11.1 胶接连接的特点、基本形式及典型失效模式183

11.2 胶接连接分析方法研究现状187

11.2.1 国外相关研究计划187

11.2.2 平面胶接连接189

11.2.3 非平面胶接连接191

参考文献194

第12章 胶接连接应力分析方法198

12.1 理论分析方法198

12.1.1 复合材料单搭接胶接接头应力分析方法198

12.1.2 复合材料双搭接胶接接头应力分析方法201

12.2 有限元分析方法203

参考文献203

第13章 胶接连接静强度预测方法204

13.1 概述204

13.2 基于弹塑性力学的传统强度预测方法205

13.2.1 应力／应变极值方法205

13.2.2 等效应力方法206

13.2.3 胶层的失效准则206

13.3 基于损伤力学的方法207

13.3.1 传统的损伤力学分析方法207

13.3.2 损伤区域理论208

13.3.3 渐进损伤方法209

13.4 基于断裂力学的方法209

13.4.1 弹塑性的断裂力学预测方法209

13.4.2 虚拟裂纹闭合技术210

13.5 基于损伤-断裂力学的方法212

13.5.1 内聚力模型212

13.5.2 内聚力模型的分层萌生及分层扩展准则214

13.5.3 基于双线性本构的内聚力模型基本参数215

参考文献218

第14章 典型胶接连接分析方法应用实例222

14.1 典型复合材料π胶接接头静强度试验222

14.1.1 试验件222

14.1.2 拉伸试验224

14.1.3 弯曲试验227

14.2 拉伸载荷下复合材料π胶接接头的渐进损伤模型研究228

14.2.1 复合材料π胶接接头渐进损伤模型228

14.2.2 复合材料π胶接接头强度预测230

14.2.3 修正最大应力准则的验证研究235

14.3 拉伸载荷下复合材料π胶接接头的失效机理及承载／传载特性239

14.3.1 失效机理及破坏过程239

14.3.2 应力分布及传载路径241

14.4 弯曲载荷下复合材料π胶接接头的失效243

14.5 典型复合材料π胶接接头结构参数影响246

14.6 基于内聚力模型的分层扩展模拟249

14.6.1 典型分层扩展试验249

14.6.2 内聚力模型的参数模型251

14.6.3 分层扩展模拟及参数模型验证254

参考文献255

附录A 各向同性材料孔边弹性应力集中系数256

A.1 各向同性材料受载孔挤压弹性应力集中系数256

A.2 各向同性材料开孔拉伸弹性应力集中系数258

参考文献259

附录B 紧固件强度校核260

B.1 螺栓抗拉强度校核260

B.2 螺栓抗剪强度校核260

B.3 螺栓挤压强度校核260

B.4 拉剪同时作用下螺栓强度校核260

B.5 螺纹强度校核261

参考文献261