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飛行器先進複合材料結構分析及優化設計(新工科暨卓越工程師教育培養計劃航空航天類專業系列教材)

  • 作者：編者:金朋|責編:陳元玉//毛雪菲
  • 出版社：華中科技大學
  • ISBN：9787577219202
  • 出版日期：2025/11/01
  • 裝幀：平裝
  • 頁數：176
人民幣：RMB 42 元      售價：元
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內容大鋼
    複合材料以其優異的可設計性在飛行器結構輕量化設計中得到了廣泛應用，用以提高結構效率，進而提升飛行器總體性能。本書面向飛行器複合材料結構分析及優化設計，主要包括以下幾個部分。
    第1章介紹複合材料結構優化設計、複合材料層合結構屈曲分析、複合材料結構氣動彈性剪裁設計，以及複合材料結構拓撲優化設計的研究現狀。
    第2章介紹複合材料成型基本概念，廣泛應用的複合材料製造成型方法，以及決定複合材料結構成型質量的模具與相關考量因素。
    第3章介紹複合材料結構分析基本理論，包括層合板的組成，單層板與層合板的坐標系定義、應力、應變、本構方程的表達式及其坐標變換關係，層合板的等效模量與強度計算方法，以此建立複合材料結構分析的理論基礎。
    第4章介紹複合材料結構優化設計，包括複合材料多級優化方法、幾何因子優化方法以及複合材料纖維連續性鋪層模型（包括優化策略、優化模型的構建，所選用的優化演算法以及工程實際案例優化設計）。
    第5章介紹複合材料層合結構屈曲分析及屈曲優化設計，包括正交各向異性矩形平板屈曲控制方程，正交各向異性矩形平板的軸壓屈曲和剪切屈曲，以及複合材料加筋結構的屈曲模式、工程計算方法、有限元計算方法，並基於幾何因子優化模型介紹了複合材料加筋結構屈曲優化設計方法。
    第6章介紹複合材料翼面結構氣動彈性剪裁設計，包括扭轉發散和載荷重新分佈、副翼效率與操縱反效問題，以及顫振問題的基本概念，並基於二元機翼介紹了氣動彈性臨界速度的計算方法。基於工程計算方法研究了鋪層參數對層合機翼顫振速度的影響，並採用不同的複合材料結構優化模型進行了複合材料層合機翼的氣動彈性剪裁設計。
    第7章介紹複合材料結構拓撲優化設計，包括拓撲優化問題的材料插值方法、拓撲優化問題的靈敏度分析和求解，並介紹了複合材料結構拓撲與纖維取向的一體化優化設計方法，以及考慮複合材料損傷準則的拓撲優化流程。
    本書可作為相關專業研究生的教材，亦可作為從事飛行器複合材料結構設計的工程人員的參考用書。
作者介紹
編者:金朋|責編:陳元玉//毛雪菲
目錄
第1章  緒論
  1.1  複合材料結構優化設計
  1.2  複合材料層合結構屈曲分析
  1.3  複合材料結構氣動彈性剪裁設計
  1.4  複合材料結構拓撲優化設計
第2章  複合材料結構製造基礎
  2.1  基本概念
    2.1.1  固化
    2.1.2  黏度
    2.1.3  收縮
    2.1.4  孔隙
  2.2  複合材料成型工藝
    2.2.1  手糊成型
    2.2.2  真空袋成型
    2.2.3  熱壓罐成型
    2.2.4  自動纖維鋪放成型
    2.2.5  樹脂傳遞模塑成型
    2.2.6  真空吸注成型
    2.2.7  絲束纏繞成型
    2.2.8  拉擠成型
    2.2.9  連續纖維3D列印成型
  2.3  模具的選擇與考量
  2.4  本章小結
第3章  複合材料結構分析基本理論
  3.1  單層板與層合板
  3.2  單層板的結構特性
    3.2.1  單層板本構方程
    3.2.2  坐標系變換
  3.3  層合板的結構特性
    3.3.1  層合板的應變
    3.3.2  層合板的應力與彎矩
    3.3.3  層合板的剛度矩陣
    3.3.4  層合板中各層應力的計算
  3.4  層合板的術語與分類
    3.4.1  命名規則
    3.4.2  層合板的分類
  3.5  層合板的等效模量
    3.5.1  面內載荷作用下的等效模量
    3.5.2  彎矩載荷作用下的等效模量
  3.6  幾何因子的概念
  3.7  層合板的強度
    3.7.1  複合材料的強度定義
    3.7.2  單層板失效準則
    3.7.3  層合板首層失效強度
    3.7.4  層合板末層失效強度
    3.7.5  控制應變法
    3.7.6  漸進損傷失效分析
  3.8  本章小結
第4章  複合材料結構優化設計
  4.1  複合材料多級優化方法

    4.1.1  系統級優化
    4.1.2  元件級優化
    4.1.3  射線步設計
  4.2  幾何因子優化方法
    4.2.1  幾何因子的相關性
    4.2.2  由幾何因子求解鋪層結構
    4.2.3  幾何因子與商用軟體Nastran介面
    4.2.4  幾何因子兩級優化方法
    4.2.5  序列二次規劃演算法
    4.2.6  實數編碼遺傳演算法
    4.2.7  算例
  4.3  複合材料纖維連續性模型研究
    4.3.1  嚮導式纖維連續性模型
    4.3.2  廣義纖維連續性模型
    4.3.3  基於遺傳演算法的纖維連續性優化模型
    4.3.4  幾何因子和纖維連續性模型聯合優化方法
    4.3.5  算例
  4.4  本章小結
第5章  複合材料層合結構屈曲分析及優化設計
  5.1  正交各向異性矩形平板的屈曲控制方程
  5.2  正交各向異性矩形平板的軸壓屈曲
    5.2.1  四邊簡支正交各向異性層合板雙向軸壓屈曲載荷
    5.2.2  正交各向異性層合板單向軸壓屈曲載荷
  5.3  正交各向異性矩形平板的剪切屈曲
  5.4  正交各向異性矩形平板在複合載荷下的屈曲分析
  5.5  複合材料加筋板的屈曲分析
    5.5.1  蒙皮局部屈曲
    5.5.2  筋條局部屈曲
    5.5.3  加筋板總體屈曲
  5.6  複合材料加筋板的承載能力分析
    5.6.1  分段處理法
    5.6.2  有效寬度法
  5.7  複合材料屈曲有限元分析
    5.7.1  有限元模型
    5.7.2  彎曲幾何因子與層合板屈曲載荷的關係
    5.7.3  厚度與層合板屈曲載荷的關係
    5.7.4  幾何因子屈曲優化設計方法
  5.8  複合材料結構屈曲優化算例
    5.8.1  算例1 軸壓四邊簡支層合板鋪層順序優化
    5.8.2  算例2 剪切四邊簡支層合板鋪層順序優化
    5.8.3  算例3 四邊簡支複合材料加筋板鋪層結構優化
  5.9  本章小結
第6章  複合材料翼面結構氣動彈性剪裁設計
  6.1  氣動彈性基本概念
    6.1.1  扭轉發散和載荷重新分佈
    6.1.2  副翼效率與操縱反效問題
    6.1.3  顫振的概念
  6.2  顫振速度工程計算方法
    6.2.1  結構模型化
    6.2.2  結構固有振動特性

    6.2.3  非定常氣動力計算理論
    6.2.4  顫振方程建立及求解
  6.3  複合材料層合板顫振特性分析
    6.3.1  鋪層結構參數對顫振速度的影響
    6.3.2  彎曲幾何因子對顫振速度的影響
    6.3.3  厚度對氣動彈性性能的影響
  6.4  複合材料平板氣動彈性剪裁
  6.5  本章小結
第7章  複合材料結構拓撲優化設計
  7.1  概述
  7.2  拓撲優化問題的材料插值方法
    7.2.1  均勻化方法
    7.2.2  變密度法
    7.2.3  漸進結構優化法
    7.2.4  獨立連續映射法
  7.3  拓撲優化問題的靈敏度分析和求解
  7.4  數值優化方法
    7.4.1  優化準則法
    7.4.2  移動漸近線法
  7.5  拓撲優化中的數值不穩定現象
    7.5.1  棋盤格問題
    7.5.2  灰度單元問題
    7.5.3  網格依賴性
  7.6  複合材料拓撲優化方法
    7.6.1  設計變數的定義
    7.6.2  纖維取向優化方法
  7.7  複合材料拓撲優化設計實例
    7.7.1  複合材料拓撲優化問題
    7.7.2  靈敏度分析
    7.7.3  設計變數更新流程
    7.7.4  結果分析
  7.8  結合複合材料損傷準則的拓撲優化
    7.8.1  複合材料損傷準則
    7.8.2  靈敏度分析
    7.8.3  設計變數更新流程
    7.8.4  考慮損傷準則的拓撲優化結果分析
  7.9  本章小結
參考文獻

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