復合材料結構設計基礎內(nèi)容簡介

《復合材料結構設計基礎》是為高等學校復合材料專業(yè)學生編寫的一本全國統(tǒng)編教材，可供70學時教學使用?！稄秃喜牧辖Y構設計基礎》從大學工程類材料力學基礎出發(fā)，介紹了復合材料力學、復合材料結構力學和復合材料構件設計的基本知識。全書共分7章，內(nèi)容包括復合材料單層的剛度和強度、復合材料層合板的剛度和強度、復合材料結構分析、復合材料連接、復合材料設計的一般方法和典型產(chǎn)品設計。書中編入了適當?shù)睦}，并附有習題。全書在編寫中，內(nèi)容由淺入深，循序漸進，除作為教材外，還可供有關專業(yè)師生和工程技術人員參考。

1　緒論

1.1 復合材料的發(fā)展簡史與現(xiàn)狀

1.2 復合材料的分類

1.3 復合材料及其結構設計的特點

2　單層的剛度與強度

2.1 單層的正軸剛度

2.1.1 單層的正軸應力一應變關系

2.1.2 各種復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 應力轉換與應變轉換公式

2.2.2 單層的偏軸應力一應變關系

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 單層的強度

2.3.1 單層的基本強度

2.3.2 單層的失效準則

2.3.3 單層的強度比方程

2.4 單層的三維應力一應變關系

2.4.1 單層的一般三維應力一應變關系

2.4.2 單層的正軸三維應力一應變關系

2.4.3 橫向各向同性單層的正軸三維應力一應變關系

2.4.4 單層的偏軸三維應力一應變關系

2.4.5 與平面應力狀態(tài)的關系

2.4.6 單層的三維工程彈性常數(shù)

3　層合板的剛度與強度

3.1 對稱層合板的面內(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)應變的關系

3.1.3 對稱層合板的面內(nèi)工程彈性常數(shù)

3.1.4 面內(nèi)剛度系數(shù)的計算

3.1.5 幾種典型對稱層合板的面內(nèi)剛度

3.1.6 對稱層合板面內(nèi)剛度的轉換

3.2 對稱層合板的彎曲剛度

3.2.1 彎曲力矩與曲率的關系

3.2.2 對稱層合板的彎曲工程彈性常數(shù)

3.2.3 彎曲剛度系數(shù)的計算

3.2.4 幾種典型對稱層合板的彎曲剛度

3.2.5 對稱層合板彎曲剛度的轉換

3.3 一般層合板的剛度

3.3.1 內(nèi)力一應變關系

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)的計算

3.3.4 兩種非對稱層合板的剛度

3.3.5 一般層合板耦合剛度的轉換

3.3.6 平行移軸定理

3.4 層合板的強度

3.4.1 最先一層失效強度

3.4.2 極限強度

3.4.3 層合板的濕熱效應及其對強度的影響

4　復合材料結構分析

4.1 復合材料結構分析的基本問題

4.1.1 各向異性體彈性力學基本方程

4.1.2 彈性力學問題的一般解法

4.1.3 復合材料受拉直桿分析

4.1.4 純剪和純彎載荷作用下的復合材料構件分析

4.2 復合材料梁

4.2.1 層合梁分析

4.2.2 復合材料薄壁梁

4.3 夾層結構分析

4.3.1 夾層板分析基礎

4.3.2 蜂窩夾層結構的工程計算

4.4 復合材料板的彎曲分析

4.4.1 板彎曲控制方程

4.4.2 復合材料板彎曲的應力和應變

4.4.3 四邊簡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 復合材料板的屈曲

4.5 復合材料殼體分析

4.5.1 薄殼的定義與基本假設

4.5.2 曲面幾何基礎

4.5.3 殼體上任意一點的位移

4.5.4 殼體的應變

4.5.5 殼體內(nèi)力及變形與內(nèi)力的關系

4.5.6 殼體的平衡方程

4.5.7 復合材料圓柱殼分析

4.5.8 層合殼薄膜理論

5　復合材料連接

5.1 復合材料連接方式

5.1.1 膠接與機械連接的比較

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 膠接連接設計

5.3 機械連接

5.3.1 機械連接接頭的分析

5.3.2 機械連接設計

6　復合材料結構設計

6.1 概述

6.1.1 復合材料結構設計過程

6.1.2 設計條件

6.2 材料設計

6.2.1 原材料的選擇與復合材料性能

6.2.2 單層性能的確定

6.2.3 復合材料層合板設計

6.3 結構設計

6.3.1 結構設計的一般原則

6.3.2 結構設計應考慮的工藝性要求

6.3.3 許用值與安全系數(shù)的確定

6.3.4 典型結構件的設計

6.3.5 各種結構形式的選擇

6.3.6 結構設計與應考慮的其他因素

7　復合材料典型產(chǎn)品設計

7.1 復合材料貯罐設計

7.1.1 概述

7.1.2 臥式貯罐設計

7.1.3 立式貯罐設計

7.2 纖維纏繞內(nèi)壓容器設計

7.2.1 概述

7.2.2 網(wǎng)絡理論

7.2.3 內(nèi)壓容器筒身段的網(wǎng)絡理論

7.2.4 封頭段的網(wǎng)絡理論

7.2.5 壓力容器設計

7.3 管道設計

7.3.1 概述

7.3.2 玻璃鋼管道的結構及成型工藝

7.3.3 玻璃鋼管道的設計要點

7.3.4 由內(nèi)壓引起的周向和軸向應力

7.3.5 由土壓引起的管道外壓及管壁應力

7.3.6 管道在地面敷設時的載荷和應力

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 冷卻塔結構設計

7.4.1 概述

7.4.2 玻璃鋼冷卻塔的設計

7.4.3 結構設計

7.5 地面雷達罩的結構設計

7.5.1 概述

7.5.2 雷達罩的結構配置與分塊

7.5.3 地面雷達罩結構設計要求和載荷條件

7.5.4 罩體結構的內(nèi)力計算

7.5.5 球罩的強度和穩(wěn)定性計算

7.5.6 雷達罩的壁板連接、加工工藝和表面涂層

參考文獻

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

《復合材料結構設計基礎》是高等學校復合材料類專業(yè)教學指導委員會確定統(tǒng)編的、為復合材料專業(yè)學生使用的一本專業(yè)教材，按70學時編寫。本教材包括復合材料經(jīng)典層合板理論；剛度和強度的計算方法；復合材料結構元件的分析和典型產(chǎn)品結構設計的基本步聚和方法等內(nèi)容。通過學習本教材，使學生掌握關于復合材料結構設計的基本知識?？紤]到各院校對本課程要求的不同，在講授時可以根據(jù)具體情況取舍。

目前，國內(nèi)設有復合材料專業(yè)的各院校，以不同名稱開設這門課程已有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經(jīng)驗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，希望它能為復合材料專業(yè)的學生掌握這方面的知識發(fā)揮一定作用。

根據(jù)各校復合材料專業(yè)現(xiàn)行的教育計劃，這門課程的先修力學基礎是材料力學。因此，本書在敘述時，是從學生已掌握材料力學基礎知識出發(fā)，開拓復合材料力學的概念；比較傳統(tǒng)材料結構的分析與設計，開拓復合材料結構的分析與設計，使讀者掌握復合材料在力學性能和結構設計方面的特點。全書循序漸進、由淺入深，系統(tǒng)性較強，既便于教學又可自學，同時有些內(nèi)容還具有相對獨立性，便于使用時取舍。

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、高等學校復合材料類專業(yè)教學指導委員會及其結構設計組的支持和指導，并對本書內(nèi)容提出了許多寶貴的意見，作者謹向有關單位和個人表示衷心的感謝。由于作者水平有限，本教材的缺點和錯誤在所難免，懇請讀者批評指正。2100433B

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

2) 無筋擴展基礎：無筋擴展基礎系指由磚、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或柱下獨立基礎。無筋基礎的材料都具有較好的抗壓性能，但抗拉、抗剪強度都不高，為了使基礎內(nèi)產(chǎn)生的拉應力和剪應力不超過相應的材料強度設計值，設計時需要加大基礎的高度，其基礎的寬高比必須符合規(guī)范要求。因此，這種基礎幾乎不發(fā)生撓曲變形，故習慣上把無筋基礎稱為剛性基礎。

1) 獨立基礎一般是用來支承柱子的，按基礎截面形式又分為臺階式(或階梯形)基礎，錐形基礎，杯形基礎

2) 杯形基礎：當柱采用預制構件時，則基礎做成杯口形，然后將柱子插入并嵌固在杯口內(nèi)，故稱杯形(或杯口)基礎。當杯的深度大于長邊長度時稱為高杯口基礎。

柱下獨立錐形基礎柱獨立基礎3) 獨立基礎的特點：一般只坐落在一個十字軸線交點上，有時也跟其它條形基礎相連，但是截面尺寸和配筋不盡相同。獨立基礎如果坐落在幾個軸線交點上承載幾個獨立柱，叫做共用獨立基礎。

部分基礎詳圖見下：