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绪论1

参考文献3

第一篇 复合材料结构分析7

第1章 复合材料力学性能分析7

1.1 复合材料的应力-应变关系7

1.1.1 一般各向异性材料的应力-应变关系7

1.1.2 正交各向异性材料的应力-应变关系8

1.2 复合材料的工程弹性常数9

1.2.1 工程弹性常数表示的应变-应力关系9

1.2.2 正交各向异性材料工程弹性常数的限制条件10

1.3 复合材料的应力／应变和刚度／柔度矩阵的坐标转换11

1.3.1 一般各向异性材料的应力／应变和刚度／柔度矩阵的坐标转换11

1.3.2 正交各向异性材料的应力／应变和刚度／柔度矩阵的坐标转换13

1.3.3 平面应力状态下应力／应变和刚度／柔度矩阵的坐标转换16

1.4 复合材料层合板的刚度17

1.4.1 经典层合板的基本假设17

1.4.2 层合板的应力-应变关系18

1.4.3 对称层合板的刚度19

1.4.4 二维均衡层合板的刚度20

1.4.5 三维均衡层合板的刚度21

1.5 复合材料层合板的强度估算23

1.5.1 单层板的强度23

1.5.2 层合板的强度25

1.5.3 有限元分析中常用的层合板失效判据26

参考文献32

第2章 双曲度复合材料壁板分析34

2.1 研究现状34

2.2 材料子程序修正35

2.2.1 材料子程序修正可行性分析35

2.2.2 材料子程序应力修正方法及修正系数选取35

2.2.3 双曲度复合材料板应力修正36

2.3 新型复合材料高精度单元40

2.3.1 基础理论40

2.3.2 用户单元子程序47

2.3.3 应用实例51

2.4 本章小结57

参考文献58

第3章 复合材料中厚板稳定性分析59

3.1 研究现状59

3.2 稳定性分析方法60

3.2.1 特征值分析方法60

3.2.2 弧长法65

3.3 复合材料中厚层合板稳定性研究65

3.3.1 单向压缩66

3.3.2 纯剪68

3.4 中厚蒙皮多墙翼面结构稳定性分析69

3.4.1 整体结构模型70

3.4.2 有限元分析模型及其边界条件70

3.4.3 计算结果与分析70

3.5 本章小结74

参考文献74

第4章 变厚度厚层合板结构分析76

4.1 概述76

4.1.1 变厚度厚层合板结构分析面临的主要问题76

4.1.2 变厚度厚层合板分析中遇到的困难77

4.1.3 本章主要解决的问题77

4.2 变厚度厚层合板结构分析77

4.2.1 变厚度厚层合板结构有限元分析77

4.2.2 变厚度厚层合板过渡段结构分析82

4.2.3 变厚度厚层合板二维与三维有限元方法比较85

4.3 压缩试验和损伤模拟研究88

4.3.1 结构及试验88

4.3.2 试验与数值模拟比较89

4.3.3 损伤模拟91

4.4 本章小结92

参考文献93

第5章 复合材料层合板开口补强结构分析94

5.1 国内外研究现状94

5.2 复合材料层合板开口问题理论基础95

5.2.1 开口层合板理论基础95

5.2.2 考虑自由边界效应的边界层理论解97

5.2.3 开口问题应力分析程序求解111

5.3 复合材料层合板开口缝合补强问题研究121

5.3.1 开口缝合补强试验研究122

5.3.2 开口缝合补强有限元分析126

5.4 复合材料层合板开口翻边补强试验和数值研究133

5.4.1 开口翻边补强试验研究133

5.4.2 开口翻边补强有限元分析134

5.4.3 开口翻边补强损伤模拟136

5.5 本章小结140

参考文献140

第6章 复合材料连接分析142

6.1 研究现状142

6.1.1 应力分析中的有限元建模143

6.1.2 失效判定准则144

6.1.3 累积损伤过程中的材料性能退化144

6.2 机械连接计算方法145

6.2.1 计算模型合理性的验证145

6.2.2 线性与非线性对计算结果的影响分析147

6.2.3 失效准则对连接强度的影响148

6.3 复合材料螺栓连接细节分析153

6.3.1 配合间隙对螺栓连接强度的影响154

6.3.2 切向摩擦因数和开孔形状的影响分析156

6.3.3 连接件材料和预紧力对复合材料连接的影响159

6.4 单剪螺栓连接复合材料叠层板孔周边应力场分布162

6.4.1 螺栓-孔周应力场分布163

6.4.2 螺栓-孔配合间隙对孔周应力分布的影响164

6.4.3 接触面摩擦因数对孔边应力的影响166

6.4.4 小结166

6.5 复合材料机械连接可靠性灵敏度分析167

6.5.1 基于重要抽样马尔可夫链模拟的可靠性灵敏度分析的半解析法167

6.5.2 有限元模型169

6.5.3 可靠性灵敏度分析170

6.6 本章小结171

参考文献171

第7章 纤维缠绕复合材料结构分析174

7.1 纤维缠绕复合材料的研究现状174

7.2 纤维缠绕复合材料细观力学分析方法175

7.2.1 复合材料编织结构等效方法175

7.2.2 有限多相单元法177

7.3 纤维缠绕复合材料有限元计算法178

7.3.1 纤维起伏交叉区域178

7.3.2 缠绕单元体积模型的建立179

7.3.3 单元体积模型具体尺寸179

7.3.4 弹性模量的等效过程181

7.3.5 有限元算法的应用183

7.4 纤维缠绕复合材料均匀化算法183

7.4.1 缠绕复合材料单胞模型184

7.4.2 1/4单胞模型的等效均匀化185

7.4.3 整体单胞上的均匀化189

7.4.4 缠绕复合材料弹性性能计算及试验结果192

7.5 缠绕复合材料的压缩、冲压、复合加载试验和数值分析194

7.5.1 压缩试验194

7.5.2 内压试验201

7.5.3 复合加载试验205

7.5.4 基于复合材料壳体单元的缠绕结构损伤数值模拟209

参考文献213

第8章 复合材料力学性能的分散性分析215

8.1 静态力学性能试验215

8.1.1 纵向拉伸力学性能试验215

8.1.2 横向拉伸力学性能试验216

8.1.3 纵向压缩力学性能试验217

8.1.4 横向压缩力学性能试验219

8.1.5 纵横剪切力学性能试验219

8.2 试验结果及数据表格220

8.3 基本性能参数的分散性分析228

8.3.1 试验数据的统计分析228

8.3.2 基本性能参数的分散性模型229

8.4 挤压强度的分散性分析234

8.4.1 试验设计234

8.4.2 连接分散性模型分析236

8.5 本章小结238

参考文献238

第9章 天线罩及其改进模型的稳定性分析240

9.1 计算模型240

9.1.1 模型的建立240

9.1.2 材料模型243

9.1.3 边界条件244

9.1.4 载荷情况244

9.2 静强度分析248

9.3 稳定性分析253

9.3.1 初步稳定性分析253

9.3.2 改进措施254

9.3.3 结构布局考核260

9.4 本章小结263

参考文献263

第10章 复合材料机翼气动弹性分析265

10.1 引言265

10.2 静气动弹性分析266

10.2.1 静气动弹性分析在Nastran中的实现267

10.2.2 Fluent与Nastran联合进行静气动弹性分析270

10.3 颤振分析281

10.3.1 引言281

10.3.2 采用Nastran计算和分析282

10.3.3 Fluent软件与自编程序联合进行颤振分析283

10.4 间隙非线性颤振分析286

10.4.1 非定常空气动力的有理函数Roger近似287

10.4.2 气动弹性系统的状态空间表达式289

10.4.3 间隙非线性颤振分析290

10.5 本章小结292

参考文献292

第二篇 复合材料结构优化设计297

第11章 参数化设计技术297

11.1 引言297

11.2 参数化设计概述297

11.2.1 参数化设计方法297

11.2.2 参数化设计的步骤298

11.2.3 结构参数的选择和确定298

11.2.4 PCL语言及会话文件299

11.3 复合材料加筋层合板的参数化设计300

11.3.1 算例描述300

11.3.2 参数化命令流输入文件301

11.3.3 参数化设计307

11.4 复合材料机翼盒段的参数化设计308

11.4.1 算例描述308

11.4.2 参数化流程和命令流输入文件309

11.4.3 静力计算结果323

11.5 本章小结324

参考文献325

第12章 复合材料机翼结构综合优化设计326

12.1 复合材料机翼结构的稳定性分析326

12.1.1 桁条间蒙皮的局部屈曲326

12.1.2 桁条的局部屈曲328

12.1.3 加筋壁板的整体屈曲330

12.2 机翼的气动／结构一体化优化设计333

12.2.1 引言333

12.2.2 优化算例333

12.3 大展弦比复合材料机翼结构综合优化设计应用实例338

12.3.1 整体优化设计338

12.3.2 细节优化设计344

参考文献352

第13章 复合材料雷达罩鸟撞和冰雹冲击优化及软件开发353

13.1 引言353

13.2 雷达罩鸟撞和冰雹冲击动力学分析方法353

13.2.1 接触碰撞理论和算法353

13.2.2 单元定义及分析354

13.2.3 材料失效准则判据355

13.2.4 碰撞接触定义357

13.3 复合材料蜂窝雷达罩鸟撞和冰雹冲击优化平台358

13.3.1 SODS 1.0优化平台中各模块的详细设计358

13.3.2 SODS 1.0优化平台使用简介369

13.4 复合材料蜂窝雷达罩鸟撞优化设计实例378

13.4.1 优化算例描述379

13.4.2 优化算例测试过程380

13.4.3 结果分析384

13.5 本章小结386

参考文献386