The Behavior of Structures Composed of Composite Materials pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Kluwer Academic Pub

作者:Vinson, Jack R./ Sierakowski, R. L.

出品人:

页数:435

译者:

出版时间:

价格:1150.00 元

装帧:HRD

isbn号码:9781402009044

丛书系列:

图书标签:

• 复合材料
• 结构行为
• 力学分析
• 结构工程
• 材料科学
• 复合材料结构
• 结构力学
• 工程材料
• 损伤力学
• 有限元分析

结构力学前沿探索：高性能材料的应力与形变分析 图书名称： 结构力学前沿探索：高性能材料的应力与形变分析 图书简介： 本书是一部深入探讨现代工程结构中，由非常规、高性能材料构成的复杂系统在各种载荷作用下力学响应的权威性著作。本书超越了传统材料力学和结构分析的范畴，聚焦于新兴复合材料、智能材料以及具有高度各向异性特征的结构体系所面临的独特挑战。全书内容严谨、论述深入，旨在为结构工程师、材料科学家以及从事高级结构设计与分析的研究人员提供一套系统、前沿且实用的理论框架和计算工具。 第一部分：高性能结构材料的本构关系与微观基础 本部分首先对当前工程领域中应用日益广泛的高性能结构材料进行分类和深入剖析，重点关注其在宏观力学行为背后的微观结构特征。 第一章：先进材料体系的力学分类与特征 本章详述了纤维增强复合材料（FRP）、夹层结构、金属基复合材料（MMC）以及新型陶瓷基复合材料（CMC）等材料体系的微观几何排布和界面特性。强调了这些材料的非均质性（Heterogeneity）和各向异性（Anisotropy）如何深刻影响其整体的应力应变关系。我们探讨了纤维体积分数、基体性能与界面粘结强度对材料宏观模量的影响规律，并介绍了如何通过有效介质理论（Effective Medium Theory）来预测复杂多相材料的初步力学参数。 第二章：复杂本构模型的建立与验证 结构分析的准确性高度依赖于所采用的本构模型的精确性。本章集中于描述材料在多轴应力状态下的非线性行为。我们详细推导了正交各向异性弹性体的本构方程，并引入了考虑材料损伤、疲劳和蠕变效应的连续介质损伤力学（Continuum Damage Mechanics, CDM）模型。特别地，对于涉及热塑性基体的复合材料，本章提出了改进的粘弹性本构模型，并辅以实验数据验证，展示了如何准确捕捉时间依赖性的松弛和蠕变现象。 第三章：界面力学与分层机制的分析 结构失效往往起源于材料内部的界面。本章将视角聚焦于纤维/基体界面以及复合材料层合板内部的层间。我们引入了内聚力模型（Cohesive Zone Model, CZM）来精确模拟界面开裂的萌生与扩展，特别是层间剪切应力引起的I型和II型分离的耦合行为。此外，本章还讨论了由于热膨胀系数失配导致的残余应力分析方法，这是预测层合板界面失效的关键步骤。 第二部分：复杂结构体系的应力分析与奇异性处理 在理解了高性能材料的内部行为后，本部分转向对这些材料构成的复杂结构（如薄壁、厚度变化区域、连接节点）的整体力学响应进行精确评估。 第四章：薄壁结构与屈曲稳定性分析 薄壁结构在航空航天和土木工程中普遍存在。本章重点研究薄壳理论在复合材料结构中的应用，特别是Kirchhoff-Love和Mindlin-Reissner理论在各向异性材料下的修正与推广。我们深入探讨了由外部载荷、内压或温度梯度引发的屈曲失稳问题。针对复合材料层合板的工程屈曲（Engineering Buckling），本书提供了一套基于能量法的精确判据，并结合数值模拟，分析了边界条件和预应力对临界屈曲载荷的影响。 第五章：结构中的应力奇异点与局部应力集中 在几何突变、孔洞或载荷集中区域，材料内部会产生极高的局部应力梯度，这在各向异性材料中尤为显著。本章专门处理应力奇异性问题，包括角点和裂尖附近的渐近应力场分析。我们采用复合材料边界面理论（Edge Loading Theory）来量化这些区域的应力集中系数，并讨论了如何通过梯度材料理论（Gradient Elasticity Theory）来平滑这些奇异性，从而更真实地预测材料的疲劳寿命。 第六章：先进连接技术与结构完整性评估 高性能结构往往需要通过复杂的连接技术（如胶接、铆接或机械紧固）来实现整体装配。本章分析了不同连接方式下应力的重新分布。针对胶接接头，我们采用三维有限元法结合CZM对T型、搭接和对接接头的应力强度因子进行计算。此外，本章还介绍了无损检测（NDT）信号与结构剩余承载能力之间的耦合分析方法，确保结构在长期服役中的可靠性。 第三部分：非线性响应与可靠性工程 本部分将分析扩展到涉及几何非线性、极限承载以及概率性失效评估的领域，旨在指导高性能结构的最终设计决策。 第七章：几何非线性和大变形分析 对于柔性或受压的轻质高性能结构，几何非线性效应不可忽视。本章推导了复合材料大变形的有限元公式，重点讨论了真实应变张量的选取和材料刚度矩阵在变形过程中的更新策略。通过算例，展示了后屈曲行为、接触问题以及结构失稳过程中承载力的下降趋势。 第八章：疲劳、断裂韧性与极限承载评估 高性能材料的失效通常是渐进性的。本章集中于材料的疲劳寿命预测。我们引入了考虑应力张量和材料内部损伤演化的多参数疲劳判据，并将其应用于复合材料的循环载荷分析。在断裂力学方面，本书探讨了裂纹扩展的能量判据和应力强度因子在夹层结构中的计算方法，为结构设计提供精确的损伤容限（Damage Tolerance）评估流程。 第九章：不确定性量化与结构可靠性分析 鉴于高性能材料和制造过程本身存在的固有不确定性，本章引入了概率力学的方法。我们采用随机有限元方法（S-FEM）和可靠性指标（Reliability Index）来量化结构失效的概率。重点分析了材料参数（如模量、纤维方向）的随机性对结构整体承载能力分布的影响，为面向性能的结构设计（Performance-Based Design）提供理论基础。 本书结构清晰，理论深度与工程实用性并重，是结构工程领域研究人员和高级工程师不可或缺的参考工具书。通过对本书记载的理论和方法的学习，读者将能够驾驭最前沿的结构分析难题，设计出更安全、更高效的高性能工程系统。

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