復(fù)合材料力學(xué)（第二版）圖書目錄

第1章復(fù)合材料概述(1)

1.1復(fù)合材料的基本概念(1)

1.2復(fù)合材料的種類(2)

1.3復(fù)合材料的構(gòu)造及制法(3)

1.4復(fù)合材料的增強(qiáng)相和基體相(7)

1.5常用的增強(qiáng)纖維(8)

1.6常用的高分子基體材料(10)

1.7復(fù)合材料的性能和應(yīng)用(11)

習(xí)題(17)

第2章單向復(fù)合材料的剛度分析(18)

2.1正交各向異性材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系(18)

2.2單向復(fù)合材料任意方向的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系(21)

2.3拉剪耦合效應(yīng)(25)

2.4工程彈性常數(shù)及其變換(27)

2.5彈性常數(shù)取值范圍的限制條件(30)

2.6單層板彈性性能的分析和預(yù)測(30)

習(xí)題(37)

第3章單向復(fù)合材料的強(qiáng)度準(zhǔn)則(40)

3.1正交各向異性材料的強(qiáng)度指標(biāo)(40)

3.2強(qiáng)度準(zhǔn)則(41)

3.3正剪切和負(fù)剪切(47)

3.4強(qiáng)度準(zhǔn)則的選取原則(49)

3.5單向復(fù)合材料力學(xué)性能的試驗測定(49)

3.6復(fù)合材料單層板強(qiáng)度分析的細(xì)觀力學(xué)方法(55)

3.7短纖維復(fù)合材料的載荷傳遞理論(58)

習(xí)題(61)

第4章層合板的剛度分析(63)

4.1薄板變形假設(shè)(63)

4.2層合板本構(gòu)關(guān)系的推導(dǎo)(64)

4.3反對稱層合板與拉彎耦合(66)

4.4對稱層合板(69)

4.5層合板的主軸(73)

4.6準(zhǔn)各向同性板(73)

4.7層合板的工程彈性常數(shù)(74)

4.8層合板的柔度計算(80)

習(xí)題(83)

第5章層合板的強(qiáng)度分析和計算方法(85)

5.1層合板的應(yīng)力與強(qiáng)度分析(85)

5.2層合板的破壞形態(tài)(86)

5.3首層破壞強(qiáng)度(87)

5.4最終層破壞強(qiáng)度(92)

5.5預(yù)測層合板極限強(qiáng)度的其他方法(99)

5.6層間應(yīng)力與分層破壞(100)

習(xí)題(103)

第6章層合板殘余應(yīng)力分析(104)

6.1單層板的殘余熱應(yīng)力及熱膨脹系數(shù)(104)

6.2層合板考慮熱變形的本構(gòu)方程(105)

6.3正交層合板的熱應(yīng)力和熱變形(109)

6.4層合板殘余應(yīng)力計算和強(qiáng)度分析(111)

6.5吸濕變形與熱變形的相似性(115)

習(xí)題(120)

第7章層合板的彎曲和屈曲(121)

7.1彎曲基本方程(121)

7.2彎曲變形求解方法(122)

7.3減小板的彎曲變形的方法(128)

7.4層合板的屈曲(129)

7.5層合梁的分析計算(133)

習(xí)題(135)

第8章若干強(qiáng)度專題(137)

8.1復(fù)合材料與斷裂力學(xué)(137)

8.2各向異性板的線彈性斷裂力學(xué)(138)

8.3層間斷裂(143)

8.4層間疲勞裂紋擴(kuò)展(146)

8.5層合板的其他破壞形式(148)

8.6帶孔層合板的應(yīng)力和強(qiáng)度分析(149)

8.7復(fù)合材料的連接(153)

習(xí)題(155)

第9章復(fù)合材料的優(yōu)化設(shè)計(156)

9.1材料與結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(156)

9.2夾心梁單元模型(157)

9.3面內(nèi)加載層合板的剛度設(shè)計(158)

9.4面內(nèi)加載層合板的最大強(qiáng)度設(shè)計(161)

9.5層合板彎曲剛度設(shè)計(163)

9.6最大屈曲強(qiáng)度設(shè)計(165)

習(xí)題(166)

第10章復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的有限元分析(167)

10.1有限元法(167)

10.2復(fù)合材料結(jié)構(gòu)有限元分析步驟(167)

10.3復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力分析(169)

10.4復(fù)合材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析(170)

10.5復(fù)合材料結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中問題(173)

習(xí)題(175)

附錄A各向異性材料三維彈性理論(176)

A.1應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系(176)

A.2具有一個彈性對稱平面的材料(177)

A.3正交各向異性(178)

A.4橫觀各向同性(178)

A.5各向同性(179)

A.6正交各向異性材料的工程彈性常數(shù)(180)

A.7面外剪切變形(181)

附錄B部分習(xí)題解答(184)

參考文獻(xiàn)(219)2100433B

復(fù)合材料力學(xué)是固體力學(xué)的一個新興分支，它研究由兩種或多種不同性能的材料，在宏觀尺度上組成的多相固體材料，即復(fù)合材料的力學(xué)問題。復(fù)合材料具有明顯的非均勻性和各向異性性質(zhì)，這是復(fù)合材料力學(xué)的重要特點。本書系統(tǒng)講述復(fù)合材料力學(xué)基礎(chǔ)理論，以及相關(guān)的分析計算方法。內(nèi)容包括：單向復(fù)合材料的剛度和強(qiáng)度分析，層合板的剛度和強(qiáng)度分析，殘余應(yīng)力，彎曲和屈曲，若干強(qiáng)度專題，優(yōu)化設(shè)計，等。本書內(nèi)容完整精煉，注重基礎(chǔ)，難易適中。各知識點配有精選例題，以及豐富的練習(xí)題和參考解答，便于教學(xué)和自學(xué)，適于高校力學(xué)、材料、航空航天、土木、船海等專業(yè)的教學(xué)用書，也可作為工程技術(shù)人員的自學(xué)用書。本書除保留了注重基礎(chǔ)、突出重點、簡明實用等特點外，還融入了筆者多年教學(xué)經(jīng)驗，在內(nèi)容上做了較大的調(diào)整和補充，適用范圍更寬。全書針對各知識點編有示范性例題，并配有豐富的練習(xí)題以及參考解答，以引導(dǎo)讀者進(jìn)行有針對性的練習(xí)，加深對基本理論和方法的認(rèn)識，改變常見的面對具體問題難以下手的狀況，提升學(xué)習(xí)效果。

《復(fù)合材料力學(xué)基礎(chǔ)》闡述了復(fù)合材料力學(xué)基礎(chǔ)、復(fù)合材料宏觀力學(xué)基本理論和分析方法。其主要內(nèi)容包括復(fù)合材料概述，變形體幾何分析、基本守恒原理，線彈性各向異性彈性力學(xué)本構(gòu)方程，復(fù)合材料單層板理論，復(fù)合材料單層板強(qiáng)度理論，復(fù)合材料層合板理論以及復(fù)合材料層合板彎曲、屈曲和振動等。

《復(fù)合材料力學(xué)基礎(chǔ)》可供高等學(xué)校力學(xué)及相關(guān)專業(yè)本科生、研究生復(fù)合材料力學(xué)課程作為教材使用，也可供有關(guān)科技人員學(xué)習(xí)參考。

復(fù)合材料力學(xué)的研究可分為微觀力學(xué)（細(xì)觀力學(xué)）和宏觀力學(xué)。

復(fù)合材料力學(xué)微觀力學(xué)

復(fù)合材料微觀力學(xué)也稱復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)，是從微觀角度研究復(fù)合材料組分之間的相互影響，以此預(yù)測復(fù)合材料的宏觀力學(xué)性能，為材料的設(shè)計、制造提供依據(jù)。微觀力學(xué)分析對象是從復(fù)合材料中取出一個代表性的體積單元，它不能是通常的無限小的單元體，而是必須能夠代表復(fù)合材料的細(xì)觀結(jié)構(gòu)，因而足以用它表征復(fù)合材料的基本性能。如研究單向增強(qiáng)纖維復(fù)合材料的彈性時，最簡單的是取如圖所示的代表性體積單元。根據(jù)指定荷載及單元相應(yīng)的邊界條件，用材料力學(xué)或彈性力學(xué)等方法求解邊值問題，以求出復(fù)合材料的彈性模量和強(qiáng)度。微觀力學(xué)考慮了各組分的含量、幾何形態(tài)及組分的力學(xué)性質(zhì)，以期提供有實用價值的結(jié)果。微觀力學(xué)研究單向增強(qiáng)的復(fù)合材料軸向壓縮強(qiáng)度時，采用纖維受壓曲屈而基體提供的橫向彈性支承的力學(xué)模型。在研究這種材料的軸向拉伸強(qiáng)度時，考慮到這時荷載主要由纖維承擔(dān)，部分纖維斷裂后，由于纖維與基體界面性能，基體屈服應(yīng)力等不同情況，復(fù)合材料內(nèi)部將出現(xiàn)多種可能的裂紋擴(kuò)展形成，而呈現(xiàn)不同的強(qiáng)度。單向增強(qiáng)復(fù)合材料的軸向拉伸強(qiáng)度，取決于組分材料的力學(xué)性質(zhì)、含量、纖維排列布置的幾何形態(tài)，纖維與基體間界面的性能等許多因素。用微觀力學(xué)研究復(fù)合材料強(qiáng)度的工作，還在深入進(jìn)行中。

復(fù)合材料力學(xué)宏觀力學(xué)

宏觀力學(xué)也稱粗觀力學(xué)，只考慮復(fù)合材料的平均表觀性能而不詳細(xì)討論各組分間的相互作用。如對纖維復(fù)合材料簡單層板，通常將其看成是均質(zhì)各向異性體，通過實測或應(yīng)用微觀力學(xué)得出它的宏觀性能。由許多個這樣的單層粘合而成層合板，用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法分析層合板在荷載作用下拉伸、彎曲、振動、屈曲等問題。宏觀力學(xué)中分析層合板的強(qiáng)度，是通過單層的破壞準(zhǔn)則，結(jié)合層合板的層間應(yīng)力及層間粘合性能，并計入加工成型(固化)中的變溫應(yīng)力，逐步確定全板的破壞過程及最終破壞。

在工程上普遍應(yīng)用的簡單層板宏觀強(qiáng)度理論有三種：①蔡-希爾理論。把均質(zhì)各向異性材料的廣義屈服條件應(yīng)用到復(fù)合材料簡單層板。②霍夫曼理論。是在蔡－希爾理論的基礎(chǔ)上考慮了復(fù)合材料拉壓強(qiáng)度不同的特性。③蔡－吳張量理論。其破壞準(zhǔn)則是應(yīng)力張量的多項式。所有這些理論的破壞準(zhǔn)則是以材料主方向的宏觀拉伸、壓縮、剪切等宏觀強(qiáng)度（基本強(qiáng)度）表達(dá)其中的參數(shù)而寫成的表達(dá)式。宏觀強(qiáng)度理論沒有解釋材料破壞的微觀物理機(jī)理。

同常規(guī)材料的力學(xué)理論相比，復(fù)合材料力學(xué)涉及的范圍更廣，研究的課題更多。

首先，常規(guī)材料存在的力學(xué)問題，如結(jié)構(gòu)在外力作用下的強(qiáng)度、剛度，穩(wěn)定性和振動等問題，在復(fù)合材料中依然存在，但由于復(fù)合材料有不均勻和各向異性的特點，以及由于組分材料幾何(各組分材料的形狀、分布、含量)和鋪層幾何(各單層的厚度、鋪層方向、鋪層順序)等方面可變因素的增多，上述力學(xué)問題在復(fù)合材料力學(xué)中都必須重新研究，以確定那些適用于常規(guī)材料的力學(xué)理論、方法、方程、公式等是否仍適用于復(fù)合材料，如果不適用，應(yīng)怎樣修正。

其次，復(fù)合材料中還有許多常規(guī)材料中不存在的力學(xué)問題，如層間應(yīng)力(層間正應(yīng)力和剪應(yīng)力耦合會引起復(fù)雜的斷裂和脫層現(xiàn)象)、邊界效應(yīng)以及纖維脫膠、纖維斷裂、基體開裂等問題。

最后，復(fù)合材料的材料設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計是同時進(jìn)行的，因而在復(fù)合材料的材料設(shè)計(如材料選取和組合方式的確定)、加工工藝過程(如材料鋪層、加溫固化)和結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中都存在力學(xué)問題。

當(dāng)前，復(fù)合材料力學(xué)的研究工作主要集中在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料多向?qū)影鍤そY(jié)構(gòu)的改進(jìn)和應(yīng)用上。這種結(jié)構(gòu)是由許多不同方向的單向?qū)硬牧席B合粘結(jié)而成的，因此叫作多向?qū)硬牧辖Y(jié)構(gòu)。單向?qū)硬牧现醒乩w維的方向稱為縱向；而在單向?qū)硬牧献用鎯?nèi)垂直于纖維的方向稱為橫向。

縱向和橫向統(tǒng)稱為主軸方向。單向?qū)硬牧鲜钦桓飨虍愋圆牧?，對它的力學(xué)研究以及對它的性能參量的了解乃是對多向?qū)硬牧弦约岸嘞驅(qū)影鍖託そY(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)研究的基礎(chǔ)。多向?qū)硬牧现懈鲉蜗驅(qū)硬牧系睦w維方向一般是不同的。如何排列這些單向?qū)硬牧弦鶕?jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計的力學(xué)要求進(jìn)行。