飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)

內(nèi)容概要

　　《飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)》介紹了飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵分析技術(shù)和優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)。分析技術(shù)涉及雙曲度壁板、中厚板、變厚度厚蒙皮、層合板開口縫合補(bǔ)強(qiáng)、連接件、纖維纏繞復(fù)合材料、復(fù)合材料力學(xué)性能分散性、機(jī)頭天線罩穩(wěn)定性和機(jī)翼氣動(dòng)彈性的分析。優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)涉及參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)、機(jī)翼綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)以及雷達(dá)罩鳥撞和冰雹沖擊優(yōu)化設(shè)計(jì)和軟件開發(fā)。
　　《飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)》可作為航空、航天、力學(xué)、材料專業(yè)高年級(jí)本科生及研究生課程教材，也可供相關(guān)專業(yè)的研究人員和工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

前言
緒論
參考文獻(xiàn)
第一篇 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析
　第1章 復(fù)合材料力學(xué)性能分析
　　1.1 復(fù)合材料的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系
　　　1.1.1 一般各向異性材料的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系
　　　1.1.2 正交各向異性材料的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系
　　1.2 復(fù)合材料的工程彈性常數(shù)
　　　1.2.1 工程彈性常數(shù)表示的應(yīng)變一應(yīng)力關(guān)系
　　　1.2.2 正交各向異性材料工程彈性常數(shù)的限制條件
　　1.3 復(fù)合材料的應(yīng)力／應(yīng)變和剛度／柔度矩陣的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換
　　　1.3.1 一般各向異性材料的應(yīng)力／應(yīng)變和剛度／柔度矩陣的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換
　　　1.3.2 正交各向異性材料的應(yīng)力／應(yīng)變和剛度／柔度矩陣的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換
　　　1.3.3 平面應(yīng)力狀態(tài)下應(yīng)力／應(yīng)變和剛度／柔度矩陣的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換
　　1.4 復(fù)合材料層合板的剛度
　　　1.4.1 經(jīng)典層合板的基本假設(shè)
　　　1.4.2 層合板的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系
　　　1.4.3 對稱層合板的剛度
　　　1.4.4 一維均衡層合板的剛度
　　　1.4.5 三維均衡層合板的剛度
　　1.5 復(fù)合材料層合板的強(qiáng)度估算
　　　1.5.1 單層板的強(qiáng)度
　　　1.5.2 層合板的強(qiáng)度
　　　1.5.3 有限元分析中常用的層合板失效判據(jù)
　　參考文獻(xiàn)
　第2章 雙曲度復(fù)合材料壁板分析
　　2.1 研究現(xiàn)狀
　　2.2 材料子程序修正
　　　2.2.1 材料子程序修正可行性分析
　　　2.2.2 材料子程序應(yīng)力修正方法及修正系數(shù)選取
　　　2.2.3 雙曲度復(fù)合材料板應(yīng)力修正
　　2.3 新型復(fù)合材料高精度單元
　　　2.3.1 基礎(chǔ)理論
　　　2.3.2 用戶單元子程序
　　　2.3.3 應(yīng)用實(shí)例
　　2.4 本章 小結(jié)
　　參考文獻(xiàn)
　第3章 復(fù)合材料中厚板穩(wěn)定性分析
　　3.1 研究現(xiàn)狀
　　3.2 穩(wěn)定性分析方法
　　　3.2.1 特征值分析方法
　　　3.2.2 弧長法
　　3.3 復(fù)合材料中厚層合板穩(wěn)定性研究
　　　3.3.1 單向壓縮
　　　3.3.2 純剪
　　3.4 中厚蒙皮多墻翼面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析
　　　3.4.1 整體結(jié)構(gòu)模型
　　　3.4.2 有限元分析模型及其邊界條件
　　　3.4.3 計(jì)算結(jié)果與分析
　　3.5 本章 小結(jié)
　　參考文獻(xiàn)
　第4章 變厚度厚層合板結(jié)構(gòu)分析
　　4.1 概述
　　　4.1.1 變厚度厚層合板結(jié)構(gòu)分析面臨的主要問題
　　　4.1.2 變厚度厚層合板分析中遇到的困難
　　　4.1.3 本章 主要解決的問題
　　4.2 變厚度厚層合板結(jié)構(gòu)分析
　　　4.2.1 變厚度厚層合板結(jié)構(gòu)有限元分析
　　　4.2.2 變厚度厚層合板過渡段結(jié)構(gòu)分析
　　　4.2.3 變厚度厚層合板二維與三維有限元方法比較
　　4.3 壓縮試驗(yàn)和損傷模擬研究
　　　4.3.1 結(jié)構(gòu)及試驗(yàn)
　　　4.3.2 試驗(yàn)與數(shù)值模擬比較
　……
第二篇 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

章節(jié)摘錄

插圖：緒論復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的成功應(yīng)用僅有幾十年的歷史，但因其在比強(qiáng)度、比剛度、可設(shè)計(jì)性和便于大面積整體成形等方面的優(yōu)點(diǎn)在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。目前，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)已經(jīng)與鋁合金、鈦合金和合金鋼一起成為航空航天領(lǐng)域的四大結(jié)構(gòu)材料。復(fù)合材料于20世紀(jì)60年代中期研制成功，隨后被廣泛應(yīng)用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)中。幾十年來，復(fù)合材料在飛機(jī)結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用走過了一條由小到大、由次到主、由局部到整體、由結(jié)構(gòu)到功能的發(fā)展道路。復(fù)合材料在飛機(jī)結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用情況大致可分為三個(gè)階段：第一階段應(yīng)用于艙門、口蓋、整流罩和方向舵等受力很小或不承力的結(jié)構(gòu)中；第二階段應(yīng)用于垂尾、平尾和前機(jī)身等次承力結(jié)構(gòu)中；第三階段應(yīng)用于機(jī)翼、機(jī)身等主承力結(jié)構(gòu)中。從復(fù)合材料在飛機(jī)結(jié)構(gòu)中的發(fā)展可以看出，復(fù)合材料已經(jīng)逐漸成為覆蓋面積最廣的材料，其在飛機(jī)中的應(yīng)用比例已成為衡量飛機(jī)先進(jìn)性的重要指標(biāo)。以米格（Mig）戰(zhàn)斗機(jī)為例［1］，1977年首飛的Mig29其復(fù)合材料結(jié)構(gòu)重量只占到整個(gè)戰(zhàn)斗機(jī)的7%；1994年首飛的Mig1．42其復(fù)合材料結(jié)構(gòu)重量達(dá)到了16%；而在2000年首飛的Mig1．44中應(yīng)用范圍得到了進(jìn)一步的擴(kuò)大，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)重量提高到30%。進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，為滿足新一代戰(zhàn)斗機(jī)對高機(jī)動(dòng)性、超音速巡航和隱身等的要求，戰(zhàn)斗機(jī)無一例外地大量采用復(fù)合材料，用量一般在25%以上。在武裝直升機(jī)、無人作戰(zhàn)機(jī)上，復(fù)合材料的用量可達(dá)50%以上，甚至出現(xiàn)全復(fù)合材料飛機(jī)。軍用飛機(jī)如此，民用飛機(jī)也是如此，新研制的A380復(fù)合材料用量達(dá)到25%，而B787更是高達(dá)50%。我國從20世紀(jì)60年代末開始研究復(fù)合材料及其在飛機(jī)結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用，70年代中期研制成功了第一個(gè)復(fù)合材料飛機(jī)結(jié)構(gòu)件。2000年，Y7復(fù)合材料垂尾通過了適航審定，這標(biāo)志著復(fù)合材料在民用飛機(jī)上的應(yīng)用取得了可喜的成果［2］。目前，我國已建立了航空航天復(fù)合材料的基本體系，形成了可以滿足航空航天需求的生產(chǎn)能力和協(xié)作配套網(wǎng)絡(luò)，所需材料基本實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。另外，我國目前在研的大型運(yùn)輸機(jī)和大型客機(jī)都準(zhǔn)備大量使用復(fù)合材料，復(fù)合材料在我國飛機(jī)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用將會(huì)提升到一個(gè)新臺(tái)階。雷達(dá)已大量應(yīng)用于飛機(jī)、導(dǎo)彈、航海等領(lǐng)域，雷達(dá)罩的運(yùn)用也日趨廣泛。雷達(dá)罩是電磁波的窗口，其作用是保護(hù)天線，防止環(huán)境對雷達(dá)天線工作狀態(tài)的影響和干擾，從而減少驅(qū)動(dòng)天線運(yùn)轉(zhuǎn)的功率，提高其可靠性，保證雷達(dá)天線全天候工作。雷達(dá)罩的存在延長了天線的使用壽命，簡化了天線的結(jié)構(gòu)，減輕了結(jié)構(gòu)的重量。雷達(dá)罩作為雷達(dá)系統(tǒng)的重要組成部分，其性能好壞直接影響到雷達(dá)系統(tǒng)的功能?？梢哉f，雷達(dá)罩與天線同等重要，目前雷達(dá)罩大多為泡沫或蜂窩夾層結(jié)構(gòu)。但是由于現(xiàn)代飛機(jī)速度更快、噪音更低和飛行路線的增加，飛機(jī)的這些暴露部位極易受到鳥撞和冰雹沖擊而損傷和破壞，所以冰雹沖擊和鳥撞的問題長期以來一直受到飛機(jī)設(shè)計(jì)師和飛機(jī)用戶的廣泛關(guān)注_1叫]。本章針對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)本身具有設(shè)計(jì)變量多、約束多、優(yōu)化目標(biāo)多、結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理復(fù)雜、計(jì)算精度要求高、結(jié)構(gòu)和優(yōu)化方法計(jì)算效率要求高等特點(diǎn)，開展了復(fù)合材料雷達(dá)罩蜂窩結(jié)構(gòu)的鳥撞和冰雹沖擊優(yōu)化設(shè)計(jì)，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了相應(yīng)的軟件系統(tǒng)。13.2雷達(dá)罩鳥撞和冰雹沖擊動(dòng)力學(xué)分析方法雷達(dá)罩的鳥撞和冰雹沖擊問題是一個(gè)材料非線性、結(jié)構(gòu)非線性和接觸狀態(tài)非線性問題[5]。這類非線性問題的數(shù)值模擬涉及兩種最常使用的單元類型：體單元和殼單元的實(shí)常數(shù)定義，速度初始條件與接觸碰撞準(zhǔn)則的選定，同時(shí)還包括了鳥體和冰雹幾何參數(shù)、材料參數(shù)的設(shè)定和蜂窩夾層雷達(dá)罩沖擊破壞準(zhǔn)則的定義。

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《飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)》是由科學(xué)出版社出版的。

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