Stress Analysis of Fiber-Reinforced Composite Materials pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Hyer, Michael

出品人:

页数:710

译者:

出版时间:

价格:1740.00元

装帧:Hardcover

isbn号码:9781932078862

丛书系列:

图书标签:

• 复合材料
• 应力分析
• 纤维增强
• 力学性能
• 结构工程
• 材料科学
• 有限元分析
• 航空航天
• 机械工程
• 损伤力学

复合材料结构设计与优化：先进制造与性能评估 书籍简介 本书深入探讨了复合材料结构在现代工程领域中的设计、制造与性能评估等核心议题，重点关注如何通过先进的制造工艺实现材料性能的最大化，以及结构在复杂载荷条件下的可靠性分析。全书内容旨在为航空航天、汽车、风能以及土木工程等领域的工程师和研究人员提供一套系统的理论框架和实用的工程方法论。 第一部分：复合材料基础理论与先进制造技术 第一章：复合材料基础力学与本构关系 本章首先回顾了纤维增强复合材料（FRCs）的基础组成，包括基体材料（聚合物、金属、陶瓷）和增强纤维（碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维）的选择对整体性能的影响。核心内容在于建立多尺度力学模型，精确描述复合材料的宏观力学行为。重点阐述了正交各向异性材料的应力-应变关系，包括铺层顺序对结构刚度和强度的耦合效应。讨论了经典的层合板理论（如经典层合板理论CLT和一阶剪切变形理论FSDT）在预测板结构响应中的应用与局限性。此外，还引入了基于微观力学和代表性体积单元（RVE）的先进模型，用于更准确地预测界面行为和损伤起始点。 第二章：先进复合材料铺层设计与工艺优化 本章聚焦于如何将理论设计转化为可制造的实际结构。详细分析了预浸料（Prepreg）、干纤维和散装模塑复合材料（SMC/BMC）等不同原材料的特性。工艺方面，深入研究了真空辅助树脂传递模塑（VARTM）、树脂转移模塑（RTM）以及先进的自动铺放（ATL/AFP）技术。重点讨论了如何通过工艺参数控制（如温度、压力、固化曲线）来最小化制造缺陷，例如孔隙率、纤维体积含量不均和脱层。此外，探讨了自动化铺层中的路径规划算法，以减少边角料和提高生产效率。章节末尾对热塑性复合材料的快速成型技术及其在装配连接中的应用进行了前瞻性分析。 第二部分：结构分析与载荷响应 第三章：复合材料构件的静态与动态力学分析 本章深入解析了复合材料结构在承受各类静态载荷（拉伸、压缩、弯曲、剪切）时的响应特性。不同于传统各向同性材料，复合材料的失效模式具有高度的方向依赖性。本章详细分析了纤维方向、基体裂纹以及界面脱粘对整体承载能力的影响。在动态分析方面，讨论了复合材料结构在冲击载荷、振动和声学激励下的行为。引入了模态分析、频率响应分析和瞬态动力学分析方法，特别是针对薄壁结构和复杂几何形状的有限元建模技术。强调了考虑材料阻尼特性对精确预测结构振动响应的重要性。 第四章：复杂环境下的结构耐久性与可靠性 复合材料结构的应用场景往往伴随着严苛的环境条件。本章系统探讨了湿热耦合作用、疲劳载荷以及环境介质（如燃料、腐蚀剂）对材料性能的长期退化效应。详细介绍了复合材料的疲劳寿命预测模型，包括S-N曲线的修正方法以及基于损伤容限（Damage Tolerance）的设计理念。针对冲击损伤，本章提供了无损检测（NDT）技术（如超声波C扫描、红外热像仪）在评估内部损伤严重程度中的应用指南。同时，讨论了如何通过材料选择和结构设计（如梯度材料、自修复机制）来提高结构的服役寿命和可靠性指标。 第三部分：结构优化与先进应用 第五章：基于性能的复合材料结构优化设计 优化是实现轻量化和高性能目标的关键手段。本章将结构设计、材料选择和制造约束集成到一个统一的优化框架中。首先介绍了拓扑优化、形状优化和尺寸优化在复合材料结构设计中的应用，特别是如何将层合板的铺层角度和厚度作为优化变量。重点讨论了多目标优化问题，例如同时最小化重量和最大化刚度或失效载荷。引入了先进的优化算法，如遗传算法（GA）和粒子群优化（PSO），以及它们在处理高维设计空间中的效率。此外，探讨了引入制造约束（如最大铺层角变化、最小弯曲半径）对优化结果的实际指导意义。 第六章：复合材料连接技术与失效模式管理 结构连接是复合材料应用中的主要挑战之一。本章全面覆盖了各种连接方法，包括机械连接（螺栓、铆钉）和胶接技术。针对机械连接，详细分析了应力集中效应、孔边应力分布以及如何通过增强补片（Doubler）来提高抗拔出强度和抗层间剪切能力。在胶接方面，探讨了界面粘接强度、胶层厚度对连接性能的影响，并介绍了促进界面结合的表面预处理技术。本章最后总结了复合材料结构的失效模式（如纤维断裂、基体开裂、界面脱粘）的识别、表征及其在设计阶段的预防措施，确保结构在失效发生前的可预测性。 第七章：前沿应用与智能化结构 本章展望了复合材料在未来工程中的发展方向。涵盖了智能复合材料（Smart Composites）的设计，例如集成光纤传感器用于实时健康监测（SHM）。探讨了功能梯度材料（FGM）在温度梯度或应力梯度区域的应用潜力。此外，还涉及了超材料（Metamaterials）和具有特殊电磁屏蔽或吸波性能的结构设计。最后，讨论了增材制造（3D打印）技术在制造复杂几何形状和多材料集成结构方面的最新进展及其对复合材料工程流程的颠覆性影响。 本书结构严谨，理论与工程实践紧密结合，是从事先进复合材料研究、结构设计和制造工艺开发的专业人士不可或缺的参考书。

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