目錄
第1章 緒論 1
1.1 復(fù)合材料的定義 1
1.2 復(fù)合材料的種類 1
1.3 復(fù)合材料的發(fā)展歷史 3
1.4 復(fù)合材料的命名和分類 4
1.5 復(fù)合材料的基本性能 5
1.6 復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用 7
1.6.1 復(fù)合材料在飛機機身上的應(yīng)用 7
1.6.2 復(fù)合材料在航空發(fā)動機上的應(yīng)用 10
1.6.3 復(fù)合材料在衛(wèi)星和宇航器上的應(yīng)用 14
第2章 復(fù)合材料的組分 15
2.1 常用基體的種類和特點 15
2.1.1 熱固性樹脂 16
2.1.2 熱塑性樹脂 21
2.2 常用纖維的種類和性能 23
2.2.1 玻璃纖維 23
2.2.2 碳纖維 32
2.2.3 芳綸纖維(有機纖維) 41
2.2.4 碳化硅纖維 44
2.2.5 硼纖維 45
2.2.6 氧化鋁纖維 46
2.2.7 晶須 47
第3章 聚合物基復(fù)合材料 49
3.1 聚合物基復(fù)合材料的種類和性能 49
3.1.1 玻璃纖維增強熱固性塑料 50
3.1.2 玻璃纖維增強熱塑性塑料(代號FR-TP) 52
3.1.3 高強度、高模量纖維增強塑料 55
3.1.4 其他纖維增強塑料 56
3.2 聚合物基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計 57
3.2.1 概述 58
3.2.2 材料設(shè)計 60
3.2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計 67
3.3 聚合物基復(fù)合材料成型工藝 69
3.3.1 手糊成型工藝 69
3.3.2 模壓成型工藝 70
3.3.3 RTM 成型工藝 74
3.3.4 噴射成型工藝 75
3.3.5 連續(xù)纏繞成型工藝 77
3.3.6 拉擠成型工藝 79
3.3.7 擠出成型工藝 81
3.3.8 注射成型工藝 81
3.4 聚合物基復(fù)合材料的應(yīng)用 83
3.4.1 玻璃纖維增強塑料(GFRP)的應(yīng)用 83
3.4.2 玻璃纖維增強熱塑性塑料(FR-TP)的應(yīng)用 86
3.4.3 高強度、高模量纖維增強塑料的應(yīng)用 86
3.4.4 其他纖維增強塑料的應(yīng)用 87
第4章 陶瓷基復(fù)合材料 88
4.1 陶瓷基體的種類和特點 88
4.1.1 氧化鋁陶瓷 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 陶瓷基復(fù)合材料的種類和性能 91
4.2.1 纖維增強體 91
4.2.2 顆粒增強體 91
4.3 陶瓷基復(fù)合材料的成型工藝 92
4.3.1 粉末冶金法 92
4.3.2 漿體法 92
4.3.3 反應(yīng)燒結(jié)法 93
4.3.4 液態(tài)浸漬法 94
4.3.5 直接氧化法 95
4.3.6 溶膠-凝膠法 95
4.3.7 化學(xué)氣相滲透法 96
4.3.8 其他方法 97
4.4 陶瓷基復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用 98
4.4.1 陶瓷基復(fù)合材料在航空領(lǐng)域的應(yīng)用 99
4.4.2 陶瓷基復(fù)合材料在航天領(lǐng)域的應(yīng)用 102
第5章 金屬基復(fù)合材料 105
5.1 金屬基復(fù)合材料的種類和特點 105
5.1.1 金屬基復(fù)合材料的種類 105
5.1.2 金屬基復(fù)合材料的特點 107
5.2 金屬基復(fù)合材料界面性能 108
5.2.1 金屬基復(fù)合材料界面的基本概念 108
5.2.2 金屬基復(fù)合材料界面的物理化學(xué)特性 110
5.3 金屬基復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計及成型工藝 117
5.3.1 基體的選擇 118
5.3.2 增強材料的選擇 119
5.3.3 金屬基復(fù)合材料工藝方法的選擇 121
5.3.4 優(yōu)化工藝方法及工藝參數(shù) 122
5.4 金屬基復(fù)合材料的制備工藝 122
5.4.1 金屬基復(fù)合材料制造方法分類 122
5.4.2 固態(tài)復(fù)合工藝 124
5.4.3 液態(tài)復(fù)合工藝 127
5.5 金屬基復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用 136
第6章 碳/碳復(fù)合材料 141
6.1 碳/碳復(fù)合材料概述 141
6.2 碳/碳復(fù)合材料的特性 142
6.2.1 力學(xué)性能 142
6.2.2 熱物理性能 143
6.2.3 燒蝕性能 144
6.2.4 化學(xué)穩(wěn)定性 144
6.3 碳/碳復(fù)合材料的成型加工技術(shù) 145
6.3.1 坯體加工 145
6.3.2 基體加工 147
6.3.3 碳/碳復(fù)合材料的制備工藝 147
6.4 碳/碳復(fù)合材料的應(yīng)用 151
6.4.1 在火箭發(fā)動機噴管上的應(yīng)用 151
6.4.2 在航天器和導(dǎo)彈中的應(yīng)用 151
6.4.3 在內(nèi)燃機等結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用 153
6.4.4 在剎車盤中的應(yīng)用 154
6.4.5 在生物學(xué)方面的應(yīng)用 154
6.4.6 在其他方面的應(yīng)用 155
第7章 各向異性彈性力學(xué)基礎(chǔ) 156
7.1 各向異性彈性力學(xué)基本方程 156
7.2 各向異性彈性體的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系 158
7.2.1 具有一個彈性對稱平面的材料 161
7.2.2 正交各向異性材料 162
7.2.3 橫觀各向同性材料 164
7.2.4 各向同性材料 165
7.3 正交各向異性材料的工程彈性常數(shù) 166
第8章 單層復(fù)合材料的宏觀力學(xué)分析 171
8.1 平面應(yīng)力下單層復(fù)合材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系 171
8.2 單層材料任意方向的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系 173
8.2.1 應(yīng)力轉(zhuǎn)軸公式 173
8.2.2 應(yīng)變轉(zhuǎn)軸公式 175
8.2.3 任意方向上的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系 176
8.3 單層復(fù)合材料的強度 178
8.3.1 各向同性材料強度理論簡要回顧 178
8.3.2 正交各向異性單層材料的強度概念 179
8.4 正交各向異性單層材料的強度理論 181
8.4.1 最大應(yīng)力理論 182
8.4.2 最大應(yīng)變理論 184
8.4.3 蔡-希爾強度理論 184
8.4.4 蔡-吳張量理論 186
第9章 層合板的彈性特性和強度理論 189
9.1 層合板定義及特性 189
9.2 層合板的剛度 191
9.2.1 單層板的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系 191
9.2.2 層合板的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系 191
9.2.3 層合板的剛度 194
9.2.4 層合板的柔度 196
9.3 幾種典型層合板的剛度計算 198
9.3.1 單層板 198
9.3.2 對稱層合板 200
9.3.3 反對稱層合板 205
9.3.4 不對稱層合板 207
9.4 層合板強度的分析方法 207
9.4.1 層合板強度概述 207
9.4.2 層合板的應(yīng)力分析 208
9.4.3 層合板的強度分析 210
第10章 復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué) 219
10.1 引言 219
10.2 尺度和代表單元的概念 221
10.3 單層板剛度的材料力學(xué)分析方法 222
10.3.1 E1的確定 223
10.3.2 E2的確定 223
10.3.3 V21和V12的確定 225
10.3.4 G12的確定 226
10.4 單層板強度的材料力學(xué)分析方法 230
10.4.1 縱向拉伸強度Xt 230
10.4.2 縱向壓縮強度Xc 233
10.4.3 橫向拉伸強度Yt 237
10.4.4 橫向壓縮強度Yc 238
10.4.5 面內(nèi)剪切強度S 238
10.5 熱膨脹的力學(xué)分析 238
10.5.1 縱向熱膨脹系數(shù)1的預(yù)測 238
10.5.2 橫向熱膨脹系數(shù)2的預(yù)測 239
10.6 單層板剛度的彈性力學(xué)分析方法 240
10.6.1 彈性力學(xué)的極值法 240
10.6.2 精確解 243
10.6.3 接觸時的彈性力學(xué)解 247
10.6.4 哈爾平-蔡方程 248
10.7 復(fù)合材料多尺度分析方法概述 253
10.7.1 宏觀力學(xué)方法 253
10.7.2 細(xì)觀力學(xué)方法 254
10.7.3 宏-細(xì)觀統(tǒng)一分析方法 256
主要參考文獻(xiàn) 259