復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

1　緒論

1.1 復(fù)合材料的發(fā)展簡(jiǎn)史與現(xiàn)狀

1.2 復(fù)合材料的分類

1.3 復(fù)合材料及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

2　單層的剛度與強(qiáng)度

2.1 單層的正軸剛度

2.1.1 單層的正軸應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系

2.1.2 各種復(fù)合材料的單層正軸剛度參數(shù)

2.2 單層的偏軸剛度

2.2.1 應(yīng)力轉(zhuǎn)換與應(yīng)變轉(zhuǎn)換公式

2.2.2 單層的偏軸應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系

2.2.3 單層的偏軸模量

2.2.4 單層的偏軸柔量

2.2.5 單層的偏軸工程彈性常數(shù)

2.3 單層的強(qiáng)度

2.3.1 單層的基本強(qiáng)度

2.3.2 單層的失效準(zhǔn)則

2.3.3 單層的強(qiáng)度比方程

2.4 單層的三維應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系

2.4.1 單層的一般三維應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系

2.4.2 單層的正軸三維應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系

2.4.3 橫向各向同性單層的正軸三維應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系

2.4.4 單層的偏軸三維應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系

2.4.5 與平面應(yīng)力狀態(tài)的關(guān)系

2.4.6 單層的三維工程彈性常數(shù)

3　層合板的剛度與強(qiáng)度

3.1 對(duì)稱層合板的面內(nèi)剛度

3.1.1 層合板的表示法

3.1.2 面內(nèi)的內(nèi)力與面內(nèi)應(yīng)變的關(guān)系

3.1.3 對(duì)稱層合板的面內(nèi)工程彈性常數(shù)

3.1.4 面內(nèi)剛度系數(shù)的計(jì)算

3.1.5 幾種典型對(duì)稱層合板的面內(nèi)剛度

3.1.6 對(duì)稱層合板面內(nèi)剛度的轉(zhuǎn)換

3.2 對(duì)稱層合板的彎曲剛度

3.2.1 彎曲力矩與曲率的關(guān)系

3.2.2 對(duì)稱層合板的彎曲工程彈性常數(shù)

3.2.3 彎曲剛度系數(shù)的計(jì)算

3.2.4 幾種典型對(duì)稱層合板的彎曲剛度

3.2.5 對(duì)稱層合板彎曲剛度的轉(zhuǎn)換

3.3 一般層合板的剛度

3.3.1 內(nèi)力一應(yīng)變關(guān)系

3.3.2 一般層合板的工程彈性常數(shù)

3.3.3.一般層合板剛度系數(shù)的計(jì)算

3.3.4 兩種非對(duì)稱層合板的剛度

3.3.5 一般層合板耦合剛度的轉(zhuǎn)換

3.3.6 平行移軸定理

3.4 層合板的強(qiáng)度

3.4.1 最先一層失效強(qiáng)度

3.4.2 極限強(qiáng)度

3.4.3 層合板的濕熱效應(yīng)及其對(duì)強(qiáng)度的影響

4　復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析

4.1 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析的基本問題

4.1.1 各向異性體彈性力學(xué)基本方程

4.1.2 彈性力學(xué)問題的一般解法

4.1.3 復(fù)合材料受拉直桿分析

4.1.4 純剪和純彎載荷作用下的復(fù)合材料構(gòu)件分析

4.2 復(fù)合材料梁

4.2.1 層合梁分析

4.2.2 復(fù)合材料薄壁梁

4.3 夾層結(jié)構(gòu)分析

4.3.1 夾層板分析基礎(chǔ)

4.3.2 蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的工程計(jì)算

4.4 復(fù)合材料板的彎曲分析

4.4.1 板彎曲控制方程

4.4.2 復(fù)合材料板彎曲的應(yīng)力和應(yīng)變

4.4.3 四邊簡(jiǎn)支正交各向異性板彎曲的解

4.4.4 正交各向異性板彎曲問題的列維解法

4.4.5 一般層合板的彎曲分析

4.4.6 復(fù)合材料板的屈曲

4.5 復(fù)合材料殼體分析

4.5.1 薄殼的定義與基本假設(shè)

4.5.2 曲面幾何基礎(chǔ)

4.5.3 殼體上任意一點(diǎn)的位移

4.5.4 殼體的應(yīng)變

4.5.5 殼體內(nèi)力及變形與內(nèi)力的關(guān)系

4.5.6 殼體的平衡方程

4.5.7 復(fù)合材料圓柱殼分析

4.5.8 層合殼薄膜理論

5　復(fù)合材料連接

5.1 復(fù)合材料連接方式

5.1.1 膠接與機(jī)械連接的比較

5.1.2 接頭效率

5.2 膠接連接

5.2.1 膠接連接接頭的分析

5.2.2 膠接連接設(shè)計(jì)

5.3 機(jī)械連接

5.3.1 機(jī)械連接接頭的分析

5.3.2 機(jī)械連接設(shè)計(jì)

6　復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

6.1 概述

6.1.1 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程

6.1.2 設(shè)計(jì)條件

6.2 材料設(shè)計(jì)

6.2.1 原材料的選擇與復(fù)合材料性能

6.2.2 單層性能的確定

6.2.3 復(fù)合材料層合板設(shè)計(jì)

6.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

6.3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般原則

6.3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的工藝性要求

6.3.3 許用值與安全系數(shù)的確定

6.3.4 典型結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)

6.3.5 各種結(jié)構(gòu)形式的選擇

6.3.6 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)考慮的其他因素

7　復(fù)合材料典型產(chǎn)品設(shè)計(jì)

7.1 復(fù)合材料貯罐設(shè)計(jì)

7.1.1 概述

7.1.2 臥式貯罐設(shè)計(jì)

7.1.3 立式貯罐設(shè)計(jì)

7.2 纖維纏繞內(nèi)壓容器設(shè)計(jì)

7.2.1 概述

7.2.2 網(wǎng)絡(luò)理論

7.2.3 內(nèi)壓容器筒身段的網(wǎng)絡(luò)理論

7.2.4 封頭段的網(wǎng)絡(luò)理論

7.2.5 壓力容器設(shè)計(jì)

7.3 管道設(shè)計(jì)

7.3.1 概述

7.3.2 玻璃鋼管道的結(jié)構(gòu)及成型工藝

7.3.3 玻璃鋼管道的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

7.3.4 由內(nèi)壓引起的周向和軸向應(yīng)力

7.3.5 由土壓引起的管道外壓及管壁應(yīng)力

7.3.6 管道在地面敷設(shè)時(shí)的載荷和應(yīng)力

7.3.7 架空管的內(nèi)力及變形

7.3.8 溫度變化的影響

7.3.9 安全系數(shù)

7.4 冷卻塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

7.4.1 概述

7.4.2 玻璃鋼冷卻塔的設(shè)計(jì)

7.4.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

7.5 地面雷達(dá)罩的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

7.5.1 概述

7.5.2 雷達(dá)罩的結(jié)構(gòu)配置與分塊

7.5.3 地面雷達(dá)罩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求和載荷條件

7.5.4 罩體結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算

7.5.5 球罩的強(qiáng)度和穩(wěn)定性計(jì)算

7.5.6 雷達(dá)罩的壁板連接、加工工藝和表面涂層

參考文獻(xiàn)

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現(xiàn)代復(fù)合材料的發(fā)展始于二十世紀(jì)40年代。60年代初出現(xiàn)了先進(jìn)復(fù)合材料——一種比強(qiáng)度、比模量高的纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料，使復(fù)合材料得以更為迅速的發(fā)展。目前，復(fù)合材料作為材料學(xué)科中一支獨(dú)立的新的學(xué)科分支，已得到廣泛重視，正日益發(fā)展，并在許多工業(yè)部門得到廣泛應(yīng)用，成為當(dāng)今高科技發(fā)展中新材料開發(fā)的一個(gè)重要方面。

《復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》是高等學(xué)校復(fù)合材料類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)確定統(tǒng)編的、為復(fù)合材料專業(yè)學(xué)生使用的一本專業(yè)教材，按70學(xué)時(shí)編寫。本教材包括復(fù)合材料經(jīng)典層合板理論；剛度和強(qiáng)度的計(jì)算方法；復(fù)合材料結(jié)構(gòu)元件的分析和典型產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本步聚和方法等內(nèi)容。通過學(xué)習(xí)本教材，使學(xué)生掌握關(guān)于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本知識(shí)?？紤]到各院校對(duì)本課程要求的不同，在講授時(shí)可以根據(jù)具體情況取舍。

目前，國內(nèi)設(shè)有復(fù)合材料專業(yè)的各院校，以不同名稱開設(shè)這門課程已有10余年，但內(nèi)容與深度并不統(tǒng)一，這本統(tǒng)編教材吸收了各校多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)及比較成熟且能反映本課程發(fā)展前沿的內(nèi)容編纂而成，希望它能為復(fù)合材料專業(yè)的學(xué)生掌握這方面的知識(shí)發(fā)揮一定作用。

根據(jù)各校復(fù)合材料專業(yè)現(xiàn)行的教育計(jì)劃，這門課程的先修力學(xué)基礎(chǔ)是材料力學(xué)。因此，本書在敘述時(shí)，是從學(xué)生已掌握材料力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)出發(fā)，開拓復(fù)合材料力學(xué)的概念；比較傳統(tǒng)材料結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)，開拓復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)，使讀者掌握復(fù)合材料在力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的特點(diǎn)。全書循序漸進(jìn)、由淺入深，系統(tǒng)性較強(qiáng)，既便于教學(xué)又可自學(xué)，同時(shí)有些內(nèi)容還具有相對(duì)獨(dú)立性，便于使用時(shí)取舍。

本教材共分7章。第l、2、3、5、6章由李順林編寫，第4章由王興業(yè)編寫，第7章7.1節(jié)由王云凱編寫，7.2節(jié)由肖軍編寫，7.3至7.5節(jié)由唐羽章編寫。全書由李順林、王興業(yè)主編，由劉錫禮、劉德安主審。

本教材在編寫過程中得到國家建材局、高等學(xué)校復(fù)合材料類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)組的支持和指導(dǎo)，并對(duì)本書內(nèi)容提出了許多寶貴的意見，作者謹(jǐn)向有關(guān)單位和個(gè)人表示衷心的感謝。由于作者水平有限，本教材的缺點(diǎn)和錯(cuò)誤在所難免，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。2100433B

《復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》是為高等學(xué)校復(fù)合材料專業(yè)學(xué)生編寫的一本全國統(tǒng)編教材，可供70學(xué)時(shí)教學(xué)使用?！稄?fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》從大學(xué)工程類材料力學(xué)基礎(chǔ)出發(fā)，介紹了復(fù)合材料力學(xué)、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)力學(xué)和復(fù)合材料構(gòu)件設(shè)計(jì)的基本知識(shí)。全書共分7章，內(nèi)容包括復(fù)合材料單層的剛度和強(qiáng)度、復(fù)合材料層合板的剛度和強(qiáng)度、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析、復(fù)合材料連接、復(fù)合材料設(shè)計(jì)的一般方法和典型產(chǎn)品設(shè)計(jì)。書中編入了適當(dāng)?shù)睦}，并附有習(xí)題。全書在編寫中，內(nèi)容由淺入深，循序漸進(jìn)，除作為教材外，還可供有關(guān)專業(yè)師生和工程技術(shù)人員參考。

1) 墻下條形基礎(chǔ)和柱下獨(dú)立基礎(chǔ)（單獨(dú)基礎(chǔ)）統(tǒng)稱為擴(kuò)展基礎(chǔ)。擴(kuò)展基礎(chǔ)的作用是把墻或柱的荷載側(cè)向擴(kuò)展到土中，使之滿足地基承載力和變形的要求。擴(kuò)展基礎(chǔ)包括無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)和鋼筋混凝土擴(kuò)展基礎(chǔ)。

2) 無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)：無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)系指由磚、毛石、混凝土或毛石混凝土、灰土和三合土等材料組成的無需配置鋼筋的墻下條形基礎(chǔ)或柱下獨(dú)立基礎(chǔ)。無筋基礎(chǔ)的材料都具有較好的抗壓性能，但抗拉、抗剪強(qiáng)度都不高，為了使基礎(chǔ)內(nèi)產(chǎn)生的拉應(yīng)力和剪應(yīng)力不超過相應(yīng)的材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，設(shè)計(jì)時(shí)需要加大基礎(chǔ)的高度，其基礎(chǔ)的寬高比必須符合規(guī)范要求。因此，這種基礎(chǔ)幾乎不發(fā)生撓曲變形，故習(xí)慣上把無筋基礎(chǔ)稱為剛性基礎(chǔ)。

1) 獨(dú)立基礎(chǔ)一般是用來支承柱子的，按基礎(chǔ)截面形式又分為臺(tái)階式(或階梯形)基礎(chǔ)，錐形基礎(chǔ)，杯形基礎(chǔ)

2) 杯形基礎(chǔ)：當(dāng)柱采用預(yù)制構(gòu)件時(shí)，則基礎(chǔ)做成杯口形，然后將柱子插入并嵌固在杯口內(nèi)，故稱杯形(或杯口)基礎(chǔ)。當(dāng)杯的深度大于長(zhǎng)邊長(zhǎng)度時(shí)稱為高杯口基礎(chǔ)。

柱下獨(dú)立錐形基礎(chǔ)柱獨(dú)立基礎(chǔ)3) 獨(dú)立基礎(chǔ)的特點(diǎn)：一般只坐落在一個(gè)十字軸線交點(diǎn)上，有時(shí)也跟其它條形基礎(chǔ)相連，但是截面尺寸和配筋不盡相同。獨(dú)立基礎(chǔ)如果坐落在幾個(gè)軸線交點(diǎn)上承載幾個(gè)獨(dú)立柱，叫做共用獨(dú)立基礎(chǔ)。

部分基礎(chǔ)詳圖見下：