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第一章 绪论 1

1．1 材料的重要性 1

1．2 聚合物的崛起 2

1．3 复合材料的种类 4

1．4 复合材料如何起作用 5

1．5 增强材料 9

1．6 主要的纤维及其在工业上的重要性 9

1．6．1 玻璃纤维 10

1．6．2 碳纤维 14

1．6．3 芳纶 21

1．6．4 硼纤维 24

1．6．5 氧化铝纤维 26

1．6．6 聚烯烃纤维 28

1．6．7 石棉 30

1．6．8 杂类增强纤维 33

1．7 聚合物基体 34

第二章 制造技术 40

2．1 复合材料与金属的制造基础不同 40

2．2 各种形式的材料供应 41

2．3 制造技术 42

2．3．1 “开槽模”技术 43

2．3．2 高压的模压成形 44

2．3．3 热压罐成形 46

2．3．4 真空盒成形 48

2．3．5 Durestos真空成形 50

2．3．6 喷射成形 51

2．3．7 长丝缠绕成形 53

2．3．8 拉挤成形 55

2．3．9 树脂注射成形 57

2．3．10 手糊成形 59

2．4 热塑性增强复合材料的成形 62

2．4．1 注射成形 63

2．4．2 胶膜——铺叠技术 64

2．4．3 PEEK预浸料 68

2．5 脱模剂 68

2．5．1 由溶液制成的薄膜形成物 68

2．5．2 由油、脂肪酸盐与蜡制成的薄膜形成物 69

2．5．3 聚合物模具与聚合物膜 70

2．6 复合材料的表面处理 71

3．1 引言 74

3．1．1 范围 74

第三章 热固性聚合物复合材料的性能与拉挤设计 74

3．1．2 复合材料的力学特性 75

3．1．3 纤维体积含量与几何形态的影响 77

3．2 基体性能 79

3．3 玻璃纤维及其复合材料性能 80

3．3．1 引言 80

3．3．2 物理性能 84

3．3．3 化学性能 84

3．3．4 疲劳 84

3．3．5 蠕变 85

3．4 碳纤维及其复合材料的性能 86

3．4．1 引言 86

3．4．2 力学性能 87

3．4．3 疲劳 89

3．4．4 蠕变 90

3．4．5 冲击 91

3．5 芳纶及其复合材料的性能 91

3．5．1 引言 91

3．5．2 力学性能 92

3．5．4 蠕变 93

3．5．5 冲击 93

3．5．6 化学性能 93

3．6 物理性能的考虑 94

3．6．1 复合材料的阻尼特性 94

3．6．2 复合材料的热膨胀系数 94

3．5．3 疲劳 95

3．6．3 适火性 95

3．7．2 腐蚀 96

3．7．1 温度的影响 96

3．7 复合材料的环境性能 96

3．7．3 湿气的影响 97

3．7．4 温度交变 99

3．7．5 自然老化 99

3．7．6 雨蚀 99

3．7．7 雷击 100

3．7．8 应力腐蚀 100

3．7．9 起泡 102

3．8 拉挤设计 103

3．8．1 引言 103

3．8．2 制件设计 105

第四章 树脂基体 109

4．1 引言 109

4．2．1 环氧树脂体系 111

4．2 树脂基体类型 111

4．2．2 马来酰亚胺树脂体系 115

4．2．3 酚醛树脂体系 117

4．2．4 聚酰亚胺树脂体系 119

4．2．5 不饱和聚酯树脂体系 122

4．2．6 其他热固性树脂体系 123

4．2．7 热塑性树脂体系 124

4．3 树脂基体/纤维的界面 126

第五章 复合材料结构的连接 128

5．1 引言 128

5．2 载荷传递机理 129

5．3 应力分布 130

5．3．1 胶接连接 130

5．3．2 机械紧固件连接 132

5．4 胶接连接 134

5．4．1 表面制备与胶粘剂选择 134

5．4．2 连接形式 134

5．4．3 单面搭接接头 136

5．4．4 双面搭接接头 137

5．4．5 阶梯形搭接接头 139

5．4．6 楔形连接接头 139

5．5 机械紧固件连接 140

5．5．1 紧固件的选择 140

5．5．2 孔的制备 140

5．5．3 铺层与铺层顺序 141

5．5．4 连接尺寸 143

5．5．5 设计考虑 143

5．6．1 引言 147

5．6 修补 147

5．6．2 胶接修补技术 149

5．6．3 螺接修补技术 154

5．6．4 尚未解决的问题 155

5．7 结论 157

第六章 先进复合材料的技术规范、试验方法与质量控制 158

6．1 定义与术语 158

6．2 技术规范与试验规程的必要性 159

6．3 复合材料的制造 160

6．3．1 一般考虑 160

6．3．2 化学流变学 161

6．4 标准试验方法 163

6．4．1 展望 163

6．4．2 增强材料 164

6．4．3 树脂基体 170

6．4．4 中间材料 175

6．4．5 复合材料的试验方法 177

6．5 检验与控制方法 183

6．5．1 检验 183

6．5．2 控制方法 183

第七章 实际应用 185

7．1 一般观点 185

7．1．1 最小量的试用 185

7．1．2 重新确定尺寸 186

7．1．3 从头设计 186

7．2 飞机工程与航空构件 187

7．2．1 民用飞机 187

7．2．2 军用飞机 193

7．2．3 有动力装置的飞机及其发动机 198

7．3 风力涡轮 204

7．4 船舶 207

7．5 航天结构 212

7．6 外科应用 217

7．6．1 助力臂用的框架 218

7．6．2 人工呼吸器 218

7．6．3 假肢 220

7．6．4 骨科 221

7．6．5 脑外科 221

7．6．6 韧带 222

7．6．7 假牙 222

7．7 体育用品 223

7．7．1 鱼竿 224

7．7．2 高尔夫球杆 225

7．7．3 弓 225

7．7．4 球拍与球棒 225

7．7．5 雪橇 226

7．8 机械工程 228

7．9 汽车 231

7．10 乐器 233

7．11 化工厂 235

第八章 复合材料及其制件的质量控制与非破坏性评估 237

8．1 引言 237

8．2 材料的质量验收 238

8．2．1 入库检查 239

8．2．2 复验 240

8．3．2 文件 241

8．3．1 人员 241

8．3 制造的质量控制 241

8．3．3 工艺控制 242

8．3．4 工艺校核 243

8．4 成品的检验 243

8．4．1 常规超声技术 245

8．4．2 新出现的超声技术 249

8．4．3 射线照像法 252

8．4．4 声发射 253

8．4．5 机械阻抗试验 256

8．4．6 温度记录法 256

8．5 前景 257

8．5．1 改进的技术的应用 257

8．5．2 新技术 258

9．1 引言 259

第九章 复合材料的设计 259

9．2 复合材料中的增强材料机理 263

9．2．1 纤维 263

9．2．2 基体 263

9．2．3 界面 264

9．3 复合材料中的纤维排列 264

9．4 复合材料层合板的宏观力学分析 265

9．4．1 各向同性层片 266

9．4．2 正交各向异性层片 268

9．4．3 复合材料层片的强度特性与破坏准则 276

9．5 复合材料的细观力学分析 286

9．5．1 连续纤维复合材料的分析 286

9．5．2 不连续纤维的分析 293

9．6 层合复合材料的特性 296

9．6．1 复合材料层合梁的特性 297

9．6．2 复合材料层合板的特性 299

9．7 复合材料构件的设计 304

9．8 夹层结构件，梁与壁板 307

9．8．1 夹层系统采用低密度刚性泡沫材料 308

9．8．2 结构夹层系统 309

9．9 计算机程序 319

9．10 安全系数 320

第十章 纤维复合材料的损伤与断裂 321

10．1 引言 321

10．1．1 脆性材料的增韧 321

10．2 断裂分析的普遍方法 322

10．2．1 Kc的量级 324

10．2．2 数值举例 327

10．3 点应力与平均应力破坏准则 329

10．3．1 点应力、平均应力准则与线弹性断裂力学(LEFM) 335

10．3．2 损伤区尺寸与点应力参数αο的比较 337

10．4 静态断裂的损伤力学 338

10．4．1 基本损伤的强度模型 339

10．4．2 缺口尺寸的影响 339

10．5 破坏机理与韧性图 343

10．5．1 图线的构成方法 343

10．5．2 湿热老化影响 348

10．6 疲劳损伤力学与寿命估算 348

10．6．1 一种新损伤模型的建立 349

10．6．2 在CFRP上应用 352

10．6．3 在GFRP上应用 357

10．7 结束语 360

参考文献 361

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