Mechanics of Composite Materials, Second Edition pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:CRC Press

作者:Autar K. Kaw

出品人:

页数:490

译者:

出版时间:2005-11-2

价格:USD 132.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9780849313431

丛书系列:

图书标签:

• 复合材料力学
• 复合材料
• 材料力学
• 固体力学
• 工程力学
• 结构力学
• 纤维复合材料
• 复合材料分析
• 力学
• 材料科学

材料力学：复合材料（第二版） 内容概要 《材料力学：复合材料（第二版）》深入探讨了复合材料的力学行为，从基本原理到高级应用，为读者提供了一个全面而系统的知识体系。本书不仅涵盖了复合材料在宏观层面的力学响应，还触及了微观结构与性能之间的复杂关系。第二版在继承第一版精髓的基础上，进行了大幅更新和扩充，增加了大量最新的研究进展和工程实践案例，力求在日新月异的复合材料领域提供最前沿的视角。 第一篇：基础理论与分析方法 本篇旨在为读者构建坚实的理论基础，理解复合材料的基本构成、各向异性特性及其力学行为。 第一章 复合材料概述 本章首先定义了复合材料的概念，阐述了其作为一种先进材料在工程领域日益重要的地位。我们将探讨复合材料的组成：基体材料（如聚合物、陶瓷、金属）与增强材料（如纤维、颗粒、层状材料）的种类、特性及其相互作用。通过对不同类型复合材料（如纤维增强聚合物复合材料、颗粒增强复合材料、层合复合材料）的介绍，读者将了解其各自的优势与局限性。此外，本章还将简要回顾复合材料的发展历程及其在航空航天、汽车、体育用品、建筑等领域的广泛应用，为后续内容的学习奠定宏观认识。 第二章 复合材料的微观力学 理解复合材料的宏观力学性能，离不开对其微观结构的深入分析。本章将重点介绍如何从微观层面预测复合材料的整体力学性能。我们将详细阐述两种主要的微观力学分析方法：连续介质模型 (Continuum Micromechanics) 和 数值模拟方法 (Numerical Simulation Methods)。 在连续介质模型方面，将介绍如Halpin-Tsai模型、Mori-Tanaka方法等经典模型，并详细推导其基本原理和适用范围。这些模型通过对增强体与基体在微观尺度上的几何形状、体积分数、泊松比、杨氏模量等参数的考虑，来估算复合材料的等效宏观弹性常数。本章将强调这些模型在理解各向异性特性形成中的作用。 对于数值模拟方法，将重点介绍有限元方法 (Finite Element Method, FEM) 在微观力学分析中的应用。我们将讲解如何构建代表性的微观单元（Representative Volume Element, RVE），如何施加边界条件，以及如何通过求解微观应力与应变分布来获得宏观等效性能。本章还将介绍一些高级的数值技术，如晶格模型 (Lattice Models) 和离散单元法 (Discrete Element Method, DEM)，用于分析更复杂的失效机制。 第三章 复合材料的宏观力学 本章将基于第二章建立的微观理解，系统地阐述复合材料在宏观尺度下的力学响应。我们将重点研究各向异性弹性理论。对于单层复合材料（单向层合板），我们将推导其刚度矩阵，并介绍应力-应变关系的经典形式，如Tsai-Wu准则、Hashin失效准则等，用于预测单层复合材料的失效。 随后，本章将深入探讨层合复合材料的宏观力学。我们将详细介绍经典层合板理论 (Classical Lamination Theory, CLT)，包括其基本假设、应力-应变关系的推导，以及引入耦合效应 (Coupling Effects)（如拉伸-弯曲耦合、扭转-剪切耦合）的概念。本章还将介绍改进型层合板理论 (Improved Lamination Theories)，例如一阶剪切变形理论 (First-Order Shear Deformation Theory, FSDT) 和高阶剪切变形理论 (Higher-Order Shear Deformation Theory, HSDT)，以更精确地描述复合材料板的变形，尤其是在考虑剪切效应时。 第四章 复合材料的失效机制与准则 失效是结构设计中必须考虑的关键因素。本章将全面分析复合材料的各种失效模式，并介绍相应的预测准则。我们将区分基体失效、增强体失效、界面失效（如脱层）以及组合失效。 针对脆性材料（如碳纤维）和韧性材料（如玻璃纤维）的不同失效特性，本章将详细介绍多种工程上常用的失效准则，包括： 应力型准则： 例如 最大应力准则 (Maximum Stress Criterion)、最大应变准则 (Maximum Strain Criterion)，它们分别基于单一应力或应变分量来预测失效。 能量型准则： 例如 Tsai-Wu 准则，它是一种张量形式的失效准则，能够同时考虑不同应力分量之间的相互作用，具有较高的准确性。 分层准则： 针对层合复合材料特有的失效模式——分层 (Delamination)，本章将介绍基于断裂力学的损伤力学模型，如能量释放率准则 (Energy Release Rate Criterion) 和 应力强度因子准则 (Stress Intensity Factor Criterion)，以及相关的损伤累积模型。 本章还将讨论损伤累积模型 (Damage Accumulation Models)，用于模拟材料在多次加载循环下性能的退化，这对于疲劳分析至关重要。 第二篇：高级分析与专题研究 本篇将在此基础上，深入探讨复合材料在特定载荷条件下的复杂行为，以及分析方法在工程实践中的应用。 第五章 复合材料的疲劳与蠕变 疲劳和蠕变是复合材料在长期服役中必须面对的挑战。本章将详细分析复合材料的疲劳寿命预测方法。我们将介绍S-N曲线在复合材料疲劳分析中的应用，以及损伤容限 (Damage Tolerance) 的概念。本章还将探讨低周疲劳和高周疲劳的机制，以及疲劳裂纹扩展的预测模型。 蠕变是指材料在恒定载荷作用下随时间发生的缓慢变形。本章将介绍复合材料的蠕变行为，包括蠕变速率、蠕变损伤等概念。我们将分析影响蠕变的因素，如温度、湿度、应力水平等，并介绍用于描述复合材料蠕变行为的蠕变本构模型。 第六章 复合材料的冲击与损伤 冲击载荷可能导致复合材料产生难以检测的内部损伤，从而显著降低其承载能力。本章将重点研究复合材料在冲击载荷下的响应。我们将分析低速冲击（如工具掉落）和高速冲击（如弹体撞击）的差异，以及由此产生的冲击损伤（如基体开裂、纤维断裂、分层）的形态。 本章将介绍用于模拟冲击响应的数值方法，如显式有限元分析 (Explicit Finite Element Analysis)。我们还将讨论损伤力学模型 (Damage Mechanics Models) 在描述冲击引起的损伤演化中的作用，以及如何评估冲击损伤对结构剩余强度的影响。 第七章 复合材料结构分析 本章将把复合材料的本构关系和失效准则应用于实际的复合材料结构。我们将介绍梁、板、壳等典型复合材料结构的分析方法。 对于复合材料梁，将讨论其在弯曲、扭转等载荷下的变形特性，以及考虑剪切变形和耦合效应的分析。 对于复合材料板，将应用前面介绍的层合板理论进行应力、应变和位移的分析。本章将重点讲解边界条件在板分析中的重要性。 对于复合材料壳体，我们将探讨其在复杂载荷下的非线性行为，并介绍一些常用的分析软件和技术。本章还将讨论铺层设计 (Layup Design) 和纤维取向优化 (Fiber Orientation Optimization) 在结构性能提升中的作用。 第八章 复合材料的连接与粘接 实际的复合材料结构往往需要通过连接件进行组装。本章将探讨复合材料的连接技术，包括机械连接（如螺栓连接、铆钉连接）和粘接连接。 对于机械连接，我们将分析应力集中效应、承载能力计算等问题。 对于粘接连接，本章将深入研究粘接界面的力学行为，包括粘接强度、界面失效模式（如内聚失效、附着失效）等。我们将介绍内聚力模型 (Cohesive Zone Models, CZMs) 在模拟粘接界面行为中的应用。 第九章 复合材料的非线性力学 在某些条件下，复合材料会表现出非线性力学行为，例如大变形、材料本构非线性（如塑性、屈曲）等。本章将探讨这些非线性现象及其分析方法。 对于大变形问题，我们将介绍几何非线性的理论和数值求解方法。 对于材料本构非线性，我们将讨论屈曲（Buckling）在薄壁复合材料结构中的重要性，并介绍预测屈曲载荷的分析方法。本章还将简要介绍非线性材料模型在复合材料力学中的应用。 第十篇：专题研究与前沿进展 本篇将聚焦于一些具有重要应用前景或正在快速发展的复合材料力学研究领域。 第十一章 智能复合材料与结构 智能复合材料是指能够感知外部环境变化并做出相应响应的材料。本章将介绍压电复合材料、形状记忆聚合物复合材料、自修复复合材料等。我们将探讨这些材料的传感功能、驱动功能和自适应功能，以及它们在结构健康监测、主动减振、变刚度结构等方面的应用。 第十二章 纳米复合材料力学 纳米复合材料是通过将纳米尺寸的增强体（如碳纳米管、石墨烯）引入基体材料而获得的新型复合材料。本章将重点介绍纳米尺度下界面效应对复合材料宏观性能的影响。我们将讨论纳米增强体的分散性、界面载荷传递等关键问题，以及纳米复合材料的增强机制。 第十三章 复合材料的数值模拟与软件应用 本章将对前面介绍的数值分析方法进行总结和深化。我们将重点介绍商业有限元软件（如Abaqus, ANSYS, LS-DYNA等）在复合材料力学分析中的应用。本章将通过具体的算例，演示如何建立复合材料模型、施加载荷和边界条件、选择合适的材料模型和失效准则，以及如何后处理分析结果。 第十四章 复合材料的实验方法 理论分析和数值模拟需要实验数据的验证。本章将介绍复合材料的力学性能测试方法，包括拉伸试验、压缩试验、弯曲试验、剪切试验、冲击试验、疲劳试验等。本章还将介绍无损检测技术 (Non-Destructive Testing, NDT)，如超声波检测、X射线检测等，用于评估复合材料的内部损伤。 附录 附录部分将包含一些重要的数学公式、物理常数、材料性能数据以及常用的工程单位换算表，为读者提供便利的参考。 《材料力学：复合材料（第二版）》旨在为材料科学家、工程师、研究生以及对复合材料力学感兴趣的读者提供一个全面、深入且实用的学习平台。通过对本书的学习，读者将能够深刻理解复合材料的力学特性，掌握分析和设计复合材料结构的方法，并为开发和应用新一代高性能复合材料奠定坚实的基础。

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