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内容简介

　　“十三五”期间，国家全面启动实施了航空发动机和燃气轮机重大专项。复合材料作为下一代航空发动机中不可或缺的重要候选材料之一，将有效提升航空发动机的推重比（功重比），并使其各方面性能得到整体提升。《航空复合材料及其力学分析》 即是在这一背景下组织编写的。
　　《航空复合材料及其力学分析》全面梳理和总结国内外航空发动机中的复合材料结构及其设计特点。《航空复合材料及其力学分析》编写中，引入大量国内外航空发动机复合材料结构设计、强度分析、故障分析等实例，紧密结合工程实际，促进学以致用。此外，《航空复合材料及其力学分析》引用日常生活中的实例，以及固体力学等其他学科知识来类比、解释复合材料结构的设计方法，试图建立一个相对完整的复合材料结构设计与分析知识框架。这不仅有利于学生的学习，同时有利于培养和引导学生的自主创新能力。

目录

第1章 绪论 1
1.1 复合材料的定义 1
1.2 复合材料的种类 1
1.3 复合材料的发展历史 3
1.4 复合材料的命名和分类 4
1.5 复合材料的基本性能 5
1.6 复合材料在航空航天领域的应用 7
1.6.1 复合材料在飞机机身上的应用 7
1.6.2 复合材料在航空发动机上的应用 10
1.6.3 复合材料在卫星和宇航器上的应用 14
第2章 复合材料的组分 15
2.1 常用基体的种类和特点 15
2.1.1 热固性树脂 16
2.1.2 热塑性树脂 21
2.2 常用纤维的种类和性能 23
2.2.1 玻璃纤维 23
2.2.2 碳纤维 32
2.2.3 芳纶纤维(有机纤维) 41
2.2.4 碳化硅纤维 44
2.2.5 硼纤维 45
2.2.6 氧化铝纤维 46
2.2.7 晶须 47
第3章 聚合物基复合材料 49
3.1 聚合物基复合材料的种类和性能 49
3.1.1 玻璃纤维增强热固性塑料 50
3.1.2 玻璃纤维增强热塑性塑料(代号FR-TP) 52
3.1.3 高强度、高模量纤维增强塑料 55
3.1.4 其他纤维增强塑料 56
3.2 聚合物基复合材料结构设计 57
3.2.1 概述 58
3.2.2 材料设计 60
3.2.3 结构设计 67
3.3 聚合物基复合材料成型工艺 69
3.3.1 手糊成型工艺 69
3.3.2 模压成型工艺 70
3.3.3 RTM 成型工艺 74
3.3.4 喷射成型工艺 75
3.3.5 连续缠绕成型工艺 77
3.3.6 拉挤成型工艺 79
3.3.7 挤出成型工艺 81
3.3.8 注射成型工艺 81
3.4 聚合物基复合材料的应用 83
3.4.1 玻璃纤维增强塑料(GFRP)的应用 83
3.4.2 玻璃纤维增强热塑性塑料(FR-TP)的应用 86
3.4.3 高强度、高模量纤维增强塑料的应用 86
3.4.4 其他纤维增强塑料的应用 87
第4章 陶瓷基复合材料 88
4.1 陶瓷基体的种类和特点 88
4.1.1 氧化铝陶瓷 88
4.1.2 氮化硅陶瓷 89
4.1.3 碳化硅陶瓷 89
4.1.4 玻璃陶瓷 90
4.2 陶瓷基复合材料的种类和性能 91
4.2.1 纤维增强体 91
4.2.2 颗粒增强体 91
4.3 陶瓷基复合材料的成型工艺 92
4.3.1 粉末冶金法 92
4.3.2 浆体法 92
4.3.3 反应烧结法 93
4.3.4 液态浸渍法 94
4.3.5 直接氧化法 95
4.3.6 溶胶-凝胶法 95
4.3.7 化学气相渗透法 96
4.3.8 其他方法 97
4.4 陶瓷基复合材料在航空航天领域的应用 98
4.4.1 陶瓷基复合材料在航空领域的应用 99
4.4.2 陶瓷基复合材料在航天领域的应用 102
第5章 金属基复合材料 105
5.1 金属基复合材料的种类和特点 105
5.1.1 金属基复合材料的种类 105
5.1.2 金属基复合材料的特点 107
5.2 金属基复合材料界面性能 108
5.2.1 金属基复合材料界面的基本概念 108
5.2.2 金属基复合材料界面的物理化学特性 110
5.3 金属基复合材料的结构设计及成型工艺 117
5.3.1 基体的选择 118
5.3.2 增强材料的选择 119
5.3.3 金属基复合材料工艺方法的选择 121
5.3.4 优化工艺方法及工艺参数 122
5.4 金属基复合材料的制备工艺 122
5.4.1 金属基复合材料制造方法分类 122
5.4.2 固态复合工艺 124
5.4.3 液态复合工艺 127
5.5 金属基复合材料在航空航天领域的应用 136
第6章 碳/碳复合材料 141
6.1 碳/碳复合材料概述 141
6.2 碳/碳复合材料的特性 142
6.2.1 力学性能 142
6.2.2 热物理性能 143
6.2.3 烧蚀性能 144
6.2.4 化学稳定性 144
6.3 碳/碳复合材料的成型加工技术 145
6.3.1 坯体加工 145
6.3.2 基体加工 147
6.3.3 碳/碳复合材料的制备工艺 147
6.4 碳/碳复合材料的应用 151
6.4.1 在火箭发动机喷管上的应用 151
6.4.2 在航天器和导弹中的应用 151
6.4.3 在内燃机等结构中的应用 153
6.4.4 在刹车盘中的应用 154
6.4.5 在生物学方面的应用 154
6.4.6 在其他方面的应用 155
第7章 各向异性弹性力学基础 156
7.1 各向异性弹性力学基本方程 156
7.2 各向异性弹性体的应力-应变关系 158
7.2.1 具有一个弹性对称平面的材料 161
7.2.2 正交各向异性材料 162
7.2.3 横观各向同性材料 164
7.2.4 各向同性材料 165
7.3 正交各向异性材料的工程弹性常数 166
第8章 单层复合材料的宏观力学分析 171
8.1 平面应力下单层复合材料的应力-应变关系 171
8.2 单层材料任意方向的应力-应变关系 173
8.2.1 应力转轴公式 173
8.2.2 应变转轴公式 175
8.2.3 任意方向上的应力-应变关系 176
8.3 单层复合材料的强度 178
8.3.1 各向同性材料强度理论简要回顾 178
8.3.2 正交各向异性单层材料的强度概念 179
8.4 正交各向异性单层材料的强度理论 181
8.4.1 **应力理论 182
8.4.2 **应变理论 184
8.4.3 蔡-希尔强度理论 184
8.4.4 蔡-吴张量理论 186
第9章 层合板的弹性特性和强度理论 189
9.1 层合板定义及特性 189
9.2 层合板的刚度 191
9.2.1 单层板的应力-应变关系 191
9.2.2 层合板的应力-应变关系 191
9.2.3 层合板的刚度 194
9.2.4 层合板的柔度 196
9.3 几种典型层合板的刚度计算 198
9.3.1 单层板 198
9.3.2 对称层合板 200
9.3.3 反对称层合板 205
9.3.4 不对称层合板 207
9.4 层合板强度的分析方法 207
9.4.1 层合板强度概述 207
9.4.2 层合板的应力分析 208
9.4.3 层合板的强度分析 210
第10章 复合材料细观力学 219
10.1 引言 219
10.2 尺度和代表单元的概念 221
10.3 单层板刚度的材料力学分析方法 222
10.3.1 E1的确定 223
10.3.2 E2的确定 223
10.3.3 V21和V12的确定 225
10.3.4 G12的确定 226
10.4 单层板强度的材料力学分析方法 230
10.4.1 纵向拉伸强度Xt 230
10.4.2 纵向压缩强度Xc 233
10.4.3 横向拉伸强度Yt 237
10.4.4 横向压缩强度Yc 238
10.4.5 面内剪切强度S 238
10.5 热膨胀的力学分析 238
10.5.1 纵向热膨胀系数1的预测 238
10.5.2 横向热膨胀系数2的预测 239
10.6 单层板刚度的弹性力学分析方法 240
10.6.1 弹性力学的极值法 240
10.6.2 精确解 243
10.6.3 接触时的弹性力学解 247
10.6.4 哈尔平-蔡方程 248
10.7 复合材料多尺度分析方法概述 253
10.7.1 宏观力学方法 253
10.7.2 细观力学方法 254
10.7.3 宏-细观统一分析方法 256
主要参考文献 259
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