Textile Composites and Inflatable Structures pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Onate, Eugenio (EDT)/ Kroplin, Bernard (EDT)

出品人:

页数:280

译者:

出版时间:2007-12

价格:$ 236.17

装帧:

isbn号码:9781402068553

丛书系列:

图书标签:

• Textile composites
• Inflatable structures
• Composite materials
• Textile engineering
• Structural engineering
• Aerospace engineering
• Civil engineering
• Architecture
• Materials science
• Mechanical engineering

《先进复合材料的结构设计与性能优化》 简介： 本书深入探讨了现代工程领域中一类至关重要的材料——先进复合材料——在结构设计、力学性能以及优化应用方面的理论基础、前沿技术与实际案例。不同于传统的单一同质材料，复合材料通过合理设计基体与增强相的组合，实现了在强度、刚度、重量、耐腐蚀性、疲劳寿命以及热力学性能上的跨越式提升。本书旨在为结构工程师、材料科学家以及相关领域的研究人员提供一个全面且深入的参考框架。 全书内容围绕复合材料的微观结构、宏观力学行为、先进制造工艺、可靠性评估与工程应用这五大核心板块展开。 第一部分：复合材料的微观结构与本构理论 本部分首先对各种先进复合材料体系进行分类和介绍，重点关注碳纤维增强复合材料（CFRP）、玻璃纤维增强复合材料（GFRP）以及芳纶纤维增强复合材料（AFRP）等高性能体系。我们将细致分析纤维、基体（树脂、金属或陶瓷）之间的界面相互作用及其对整体材料性能的决定性影响。 核心内容包括： 1. 多尺度建模： 从纤维/基体的界面区到纤维束/层合板的宏观尺度，介绍如何建立多尺度的力学模型来预测材料的有效性能。重点阐述了Halpin-Tsai方程、Voigt-Reuss模型以及更精细的基于有限元（FE）的微机械模型。 2. 各向异性力学： 深入讲解正交各向异性材料的本构关系，包括应力-应变张量的定义、材料常数（如杨氏模量、剪切模量、泊松比）的确定方法，以及坐标系变换在分析层合板结构中的应用。 3. 界面研究： 探讨界面粘接强度、界面缺陷（如孔隙、微裂纹）对疲劳和断裂性能的敏感性。分析了界面改性技术，如表面处理和偶联剂的应用，以提高纤维与基体间的荷载传递效率。 第二部分：层合板结构设计与分析 结构设计是复合材料工程应用的关键环节。本部分着重于层合板（Laminates）的理论分析和设计方法。 1. 经典层合板理论（CLT）： 详细推导了薄板和中厚板的平面应力和面外应力分析公式。讨论了剪切变形对分析精度的影响，并引入了First-order Shear Deformation Theory (FSDT) 或 Mindlin-Reissner理论来更准确地描述厚板的挠度和应力分布。 2. 铺层设计与优化： 介绍铺层角度的选择原则，如何设计抗屈曲、抗冲击或具有特定热膨胀系数的结构。重点讨论了基于刚度或强度约束的铺层优化方法，包括手动设计指南和自动化优化算法（如遗传算法）。 3. 缺陷与损伤容限： 分析了常见制造缺陷（如纤维微屈、孔隙率、脱层）对结构承载力的削弱机制。引入了渐进损伤分析（Progressive Damage Analysis, PDA）方法，用于预测结构在载荷作用下的损伤演化和最终失效模式。 第三部分：先进制造工艺与质量控制 复合材料的性能高度依赖于制造过程。本部分系统介绍了当前主流的高性能复合材料制造技术，并强调了过程控制对最终产品质量的重要性。 1. 成型工艺： 详细介绍了高压釜固化工艺（Autoclave Curing）、树脂传递模塑（RTM）及其变体（如真空辅助树脂传递模塑VARTM）和缠绕成型（Filament Winding）的原理、设备要求和工艺参数控制。 2. 增材制造（AM）： 探讨了针对复合材料的3D打印技术，如连续纤维增材制造（CFF）或纤维增强热塑性复合材料的挤出技术，及其在快速原型制作和复杂几何结构制造中的潜力与挑战。 3. 固化动力学与质量保证： 阐述了树脂体系的固化动力学测试方法（如差示扫描量热法DSC），并讨论了如何通过非破坏性检测（NDT）技术，如超声波C扫描、热成像和X射线断层扫描，来量化材料内部的孔隙率、脱层和纤维体积含量，确保产品符合设计规范。 第四部分：结构响应、稳定性和疲劳寿命预测 复合材料结构在长期服役中面临着复杂的力学挑战，包括屈曲失稳、疲劳损伤积累以及环境影响。 1. 屈曲分析： 针对压杆、薄壁梁、壳体和网格结构，分析了层合板在轴向、侧向和复合载荷作用下的临界屈曲载荷计算方法。特别关注了屈曲与面内应变（如温度变化或预应力）的耦合效应。 2. 疲劳与蠕变： 深入研究了纤维/基体在循环载荷下的损伤累积模型。介绍了基于能量、应力或应变范围的疲劳寿命预测方法，如Miner法则的修正版本以及寿命预测的概率方法。此外，还讨论了高温或湿热环境下复合材料的蠕变行为。 3. 热/湿耦合效应： 探讨了环境因素（温度和湿度）如何影响树脂的玻璃化转变温度（Tg）、材料的吸湿膨胀以及随后的机械性能退化，这对于航空航天和海洋结构设计至关重要。 第五部分：工程应用与案例分析 本书最后部分将理论与实践相结合，通过具体的工程案例展示先进复合材料的成功应用与设计考量。 1. 航空航天结构： 分析复合材料在机翼、机身、尾翼结构中的应用，包括载荷路径设计、颤振分析以及防火和抗冲击要求的实现。 2. 土木工程与基础设施： 介绍复合材料在桥梁加固、预应力构件以及海洋工程结构中的应用，重点关注其优异的耐腐蚀性和长期耐久性。 3. 旋转机械与运动器材： 探讨在叶轮、螺旋桨以及高性能体育器材中，如何利用复合材料的轻量化和高比强特性来实现性能突破。 本书结构严谨，理论与应用并重，是理解和掌握先进复合材料结构设计与优化技术的权威性参考资料。

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