目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料圓柱殼結(jié)構(gòu)在工程應(yīng)用中的振動與沖擊問題 1
1.1.1 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料概述 1
1.1.2 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料圓柱殼結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用 5
1.1.3 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料圓柱殼振動與沖擊問題的研究難點(diǎn)與意義 6
1.2 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料圓柱殼振動特性的理論研究現(xiàn)狀 7
1.2.1 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料圓柱殼振動分析的基本理論與方法 7
1.2.2 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料圓柱殼振動分析研究現(xiàn)狀 8
1.3 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料圓柱殼沖擊特性的理論研究現(xiàn)狀 10
1.3.1 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料圓柱殼低/高速沖擊分析的基本理論與方法 10
1.3.2 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料圓柱殼低/高速沖擊分析研究現(xiàn)狀 12
1.4 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料圓柱殼減振與抗沖擊性能優(yōu)化研究現(xiàn)狀 13
1.4.1 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料圓柱殼減振性能優(yōu)化分析研究現(xiàn)狀 13
1.4.2 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料圓柱殼抗沖擊性能優(yōu)化分析研究現(xiàn)狀 14
1.5 本書主要內(nèi)容 16
參考文獻(xiàn) 17
第2章 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料圓柱殼結(jié)構(gòu)制備工藝 24
2.1 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料圓柱殼設(shè)計(jì)流程 24
2.1.1 設(shè)計(jì)選材 24
2.1.2 預(yù)制備處理 27
2.1.3 材料成型 28
2.2 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料圓柱殼模壓成型工藝 28
2.2.1 工藝特點(diǎn)和分類 29
2.2.2 模具設(shè)計(jì) 30
2.2.3 固化工藝 31
2.2.4 冷卻脫模 31
2.2.5 表面修整 32
2.3 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料圓柱殼纖維纏繞成型工藝 33
2.3.1 工藝特點(diǎn)和分類 34
2.3.2 纏繞規(guī)律分類 35
2.3.3 芯模設(shè)計(jì) 37
2.3.4 工藝關(guān)鍵參數(shù) 38
2.4 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料圓柱殼3D打印成型工藝 40
2.4.1 工藝特點(diǎn) 40
2.4.2 工藝關(guān)鍵參數(shù) 42
2.4.3 其他影響因素 44
2.5 本章小結(jié) 45
參考文獻(xiàn) 45
第3章 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料圓柱殼結(jié)構(gòu)基本力學(xué)理論 47
3.1 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料圓柱殼結(jié)構(gòu)力學(xué)問題的基本方程 47
3.1.1 基于經(jīng)典殼體理論的復(fù)合材料圓柱殼基本方程 47
3.1.2 基于一階剪切變形理論的復(fù)合材料圓柱殼基本方程 49
3.1.3 基于高階剪切變形理論的復(fù)合材料圓柱殼基本方程 50
3.1.4 基于改進(jìn)的高階剪切變形理論的復(fù)合材料圓柱殼基本方程 51
3.2 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料圓柱殼的本構(gòu)關(guān)系 52
3.2.1 一般各向異性復(fù)合材料圓柱殼的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系 52
3.2.2 正交各向異性復(fù)合材料圓柱殼在任意方向上的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系 55
3.2.3 正交各向異性復(fù)合材料圓柱殼的材料力學(xué)參數(shù) 57
3.3 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料圓柱殼的材料失效準(zhǔn)則 61
3.4 本章小結(jié) 63
參考文獻(xiàn) 64
第4章 復(fù)合材料圓柱殼線性振動特性建模與分析方法 66
4.1 復(fù)合材料圓柱殼線性振動特性分析模型與動力學(xué)方程 66
4.1.1 模型創(chuàng)建與基本假設(shè) 66
4.1.2 位移場描述 67
4.1.3 能量表達(dá)式 68
4.2 固有特性求解 70
4.3 振動響應(yīng)求解 71
4.4 復(fù)合材料圓柱殼線性振動特性分析方法與流程 72
4.5 不同邊界條件下復(fù)合材料圓柱殼線性振動分析與文獻(xiàn)驗(yàn)證 73
4.5.1 考慮截?cái)鄶?shù)影響的固有頻率收斂性分析 73
4.5.2 基于文獻(xiàn)的多種邊界條件下模型驗(yàn)證 74
4.6 復(fù)合材料圓柱殼線性振動測試與驗(yàn)證 76
4.6.1 測試對象與測試系統(tǒng) 76
4.6.2 測試過程與測試結(jié)果 77
4.7 本章小結(jié) 80
參考文獻(xiàn) 81
第5章 考慮幾何非線性影響的復(fù)合材料圓柱殼非線性振動建模與分析方法 82
5.1 考慮幾何非線性影響的復(fù)合材料圓柱殼非線性振動建模方法 82
5.1.1 模型創(chuàng)建與基本假設(shè) 82
5.1.2 位移函數(shù) 83
5.1.3 非線性應(yīng)變-位移和應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系 83
5.1.4 能量表達(dá)式與控制方程 84
5.1.5 非線性動力學(xué)方程 85
5.2 考慮幾何非線性影響的復(fù)合材料圓柱殼非線性振動特性求解 87
5.2.1 非線性固有頻率和主共振下非線性振動響應(yīng)求解 87
5.2.2 超諧波共振下非線性振動響應(yīng)求解 89
5.2.3 次諧波共振下非線性振動響應(yīng)求解 90
5.3 復(fù)合材料圓柱殼非線性振動特性分析方法與流程 91
5.4 基于文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證 92
5.5 本章小結(jié) 96
參考文獻(xiàn) 96
第6章 考慮幾何和材料非線性影響的復(fù)合材料圓柱殼非線性振動
建模與分析方法 97
6.1 考慮幾何和材料非線性影響的復(fù)合材料圓柱殼非線性振動
建模方法 97
6.1.1 模型創(chuàng)建與基本假設(shè) 97
6.1.2 考慮材料非線性影響的復(fù)合材料圓柱殼各向異性材料參數(shù) 98
6.1.3 考慮幾何非線性影響的復(fù)合材料圓柱殼非線性應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系 101
6.1.4 能量方程和外載荷做功 102
6.2 考慮幾何和材料非線性影響的復(fù)合材料圓柱殼非線性振動
特性求解 103
6.2.1 非線性固有頻率求解 103
6.2.2 非線性阻尼比求解 106
6.2.3 非線性振動響應(yīng)求解 107
6.2.4 非線性振動分析模型中擬合系數(shù)的辨識方法 108
6.3 復(fù)合材料圓柱殼非線性振動測試與驗(yàn)證 110
6.3.1 測試對象與測試系統(tǒng) 110
6.3.2 擬合系數(shù)辨識結(jié)果 113
6.3.3 非線性固有頻率驗(yàn)證 116
6.3.4 非線性阻尼比驗(yàn)證 119
6.3.5 非線性振動響應(yīng)驗(yàn)證 121
6.4 本章小結(jié) 125
參考文獻(xiàn) 125
第7章 復(fù)合材料圓柱殼低速沖擊特性建模與分析方法 128
7.1 低速沖擊特性分析模型的創(chuàng)建 128
7.2 低速沖擊特性求解 129
7.2.1 本構(gòu)關(guān)系 129
7.2.2 應(yīng)力-應(yīng)變和失效準(zhǔn)則 130
7.2.3 位移方程 130
7.2.4 沖擊接觸力 131
7.2.5 沖擊失效事件下結(jié)構(gòu)低速沖擊特性求解 133
7.3 復(fù)合材料圓柱殼低速沖擊特性分析方法與流程 134
7.4 基于有限元仿真計(jì)算數(shù)據(jù)的驗(yàn)證 135
7.5 復(fù)合材料圓柱殼低速沖擊測試與驗(yàn)證 138
7.5.1 測試對象與測試系統(tǒng) 138
7.5.2 測試過程 140
7.5.3 驗(yàn)證結(jié)果分析 141
7.6 關(guān)鍵參數(shù)對復(fù)合材料圓柱殼低速沖擊特性的影響 144
7.6.1 沖擊速度的影響 144
7.6.2 沖擊器質(zhì)量的影響 145
7.6.3 鋪層參數(shù)的影響 145
7.7 本章小結(jié) 146
參考文獻(xiàn) 147
第8章 復(fù)合材料圓柱殼高速沖擊特性建模與分析方法 148
8.1 高速沖擊特性分析模型的創(chuàng)建 148
8.2 高速沖擊特性求解 149
8.2.1 考慮應(yīng)變率效應(yīng)的材料參數(shù) 149
8.2.2 位移場與本構(gòu)關(guān)系 150
8.2.3 沖擊損傷失效判據(jù) 151
8.2.4 損傷演化 152
8.2.5 沖擊位移假設(shè) 154
8.2.6 控制方程 155
8.2.7 高速沖擊參數(shù)求解 158
8.3 復(fù)合材料圓柱殼高速沖擊特性分析方法與流程 161
8.4 復(fù)合材料圓柱殼高速沖擊測試與驗(yàn)證 163
8.4.1 測試對象 163
8.4.2 測試系統(tǒng)與測試過程 163
8.4.3 測試結(jié)果與驗(yàn)證 166
8.5 關(guān)鍵參數(shù)對復(fù)合材料圓柱殼高速沖擊特性的影響 168
8.5.1 彈體半徑與總厚度比的影響 168
8.5.2 彈體與結(jié)構(gòu)質(zhì)量比的影響 170
8.5.3 纖維鋪層方式的影響 171
8.6 本章小結(jié) 172
參考文獻(xiàn) 173
第9章 復(fù)合材料圓柱殼減振、抗沖擊與減重性能優(yōu)化設(shè)計(jì) 174
9.1 復(fù)合材料圓柱殼性能的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型與算法 174
9.1.1 優(yōu)化目標(biāo) 174
9.1.2 設(shè)計(jì)變量及約束條件 175
9.1.3 NSGA-Ⅱ及其優(yōu)化流程 176
9.1.4 WOA及其優(yōu)化流程 181
9.1.5 多目標(biāo)優(yōu)化結(jié)果評估函數(shù) 186
9.1.6 優(yōu)化算法的有效性驗(yàn)證 186
9.2 考慮減振、抗沖擊與減重性能的單目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)與分析 189
9.2.1 復(fù)合材料圓柱殼減振性能單目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)與結(jié)果分析 189
9.2.2 復(fù)合材料圓柱殼抗沖擊性能單目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)與結(jié)果分析 191
9.2.3 復(fù)合材料圓柱殼減重性能單目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)與結(jié)果分析 193
9.3 考慮減振、抗沖擊與減重性能的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)與分析 194
9.3.1 復(fù)合材料圓柱殼減振與抗沖擊性能優(yōu)化設(shè)計(jì)與結(jié)果分析 194
9.3.2 復(fù)合材料圓柱殼減振與減重性能優(yōu)化設(shè)計(jì)與結(jié)果分析 197
9.3.3 復(fù)合材料圓柱殼減振、抗沖擊與減重性能優(yōu)化設(shè)計(jì)與結(jié)果分析 199
9.4 本章小結(jié) 201
參考文獻(xiàn) 202