本书依据作者团队在空天飞行器热防护材料与结构的研发、评价与应用领域的研究成果，详细论述了高温结构复合材料体系与应用、力学性能试验技术、宏观本构理论与模型、强度理论、随机微结构统计描述与虚拟试验、高温结构复合材料损伤及失效机理、高温拉伸损伤及失效过程数值模拟方法以及高温结构复合材料的许用值与设计值等方面内容。
样章试读
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丛书序
前言
第1章绪论1
1.1高温固体力学概述1
1.2航空航天领域的极端高温服役环境2
1.3航空航天技术的发展需求4
1.4高温固体力学发展面临的挑战5
1.4.1材料高温性能测试与表征技术的局限性5
1.4.2高温材料体系的复杂性5
1.4.3高温本构关系与强度理论的挑战性6
1.4.4材料高温力学行为研究的多学科性6
1.5本章小结7
参考文献8
第2章高温结构复合材料体系与应用9
2.1难熔金属及其合金9
2.2石墨材料10
2.3超高温陶瓷及其复合材料11
2.3.1UHTCs材料体系的设计12
2.3.2UHTCs的制备13
2.3.3UHTCs的应用16
2.4CC复合材料19
2.4.1CC复合材料制造过程与结构设计19
2.4.2CC复合材料预制体结构设计20
2.4.3CC复合材料致密化工艺24
2.4.4CC复合材料的应用26
2.5纤维增强陶瓷基复合材料31
2.5.1纤维增强陶瓷基复合材料的纤维预制体32
2.5.2纤维增强陶瓷基复合材料的制备工艺32
2.5.3纤维增强陶瓷基复合材料的应用36
2.6本章小结39
参考文献39
第3章高温结构复合材料力学性能试验技术43
3.1材料复杂应力状态力学性能试验技术43
3.1.1复杂应力状态材料力学性能试验系统与方法的发展43
3.1.2正应力空间（σ1－σ2）双轴平面应力状态力学性能试验技术46
3.1.3正应力剪应力空间（σ－τ）双轴平面应力状态力学性能测试方法52
3.2材料高温／超高温力学性能试验技术56
3.2.1材料高温／超高温力学性能试验加热技术56
3.2.2材料高温／超高温力学性能测试的试样夹持技术63
3.2.33D C／C复合材料超高温力学性能试验测试与失效66
3.3多场耦合环境材料力学性能试验技术73
3.3.1多场耦合环境材料力学性能试验系统73
3.3.2多场耦合环境材料力学性能试验策略76
3.3.3热／力／氧耦合环境C／C复合材料力学性能试验与失效77
3.4基于数字图像相关方法的高温应变测试技术82
3.4.1数字图像相关方法概述82
3.4.2数字图像相关方法基本原理83
3.4.3数字图像相关方法的关键问题85
3.4.4数字图像相关方法在高温应变测试的拓展86
3.4.5高温环境下典型材料变形测试试验研究86
3.5本章小结89
参考文献90
第4章高温结构复合材料宏观本构理论与模型94
4.1热结构复合材料力学行为特性概述94
4.1.1C／C复合材料的力学行为特征94
4.1.2C／SiC复合材料的力学行为特性96
4.1.3超高温陶瓷材料力学行为特性98
4.2弹性本构模型99
4.2.1各向异性材料应力应变关系的一般表达99
4.2.2正交各向异性材料的工程常数104
4.2.3材料弹性常数的限制106
4.2.4超高温陶瓷复合材料弹性本构模型108
4.3基于能量法的JNM宏观非线性本构模型110
4.3.1JNM非线性本构模型110
4.3.2JNM模型参数的确定方法110
4.3.3JNM模型的扩充理论111
4.3.4JNM模型的加权修正112
4.3.5JNM模型的高温扩充理论114
4.3.63D C／C复合材料的JNM模型建模114
4.4基于连续介质损伤理论的宏观非线性本构模型116
4.4.1损伤与残余应变演化建模116
4.4.2本构模型的参数辨识120
4.4.32D C／SiC复合材料非线性损伤模型建模121
4.4.42D C／SiC复合材料非线性损伤模型的试验验证128
4.5本章小结130
参考文献131
第5章高温结构复合材料强度理论133
5.1概述133
5.2复合材料的强度概念134
5.3复合材料宏观唯象强度理论136
5.3.1极限类型强度理论136
5.3.2多项式类型强度理论137
5.3.3基于失效模式类型的强度理论141
5.3.4强度理论参数确定方法147
5.4复合材料细观力学强度理论151
5.4.1纤维和基体的应力计算151
5.4.2纤维和基体的破坏判据152
5.4.3纤维和基体的现场性能153
5.5热结构复合材料的宏观唯象强度理论155
5.5.13D C／C复合材料宏观多项式强度理论155
5.5.23D C／C复合材料基于失效模式的压缩双剪强度理论158
5.5.32D C／SiC复合材料宏观多项式强度理论162
5.6本章小结164
参考文献164
第6章高温结构复合材料随机微结构统计描述与虚拟试验167
6.1概述167
6.2复合材料的微结构低损伤制样与观测技术169
6.2.1复合材料的微结构低损伤制样技术169
6.2.2复合材料的微结构观测技术172
6.2.3复合材料微结构的显微图像重构174
6.3复合材料多尺度结构特征分析与统计描述180
6.3.1复合材料的微观结构的非均匀随机特性与统计描述180
6.3.2复合材料细观结构的非均匀随机特性分析与统计描述185
6.3.3复合材料长程有序周期结构特征与统计描述188
6.4复合材料微细观结构重构与建模194
6.4.1周期分布重构方法194
6.4.2随机分布重构方法194
6.4.3基于图像的重构方法195
6.4.4三种重构方法的应用范围的比较195
6.5渐进损伤计算方法197
6.6本章小结198
参考文献198
第7章高温结构复合材料损伤及失效机理202
7.1针刺C／CSiC复合材料高温拉伸实验及破坏形貌分析203
7.2针刺C／CSiC复合材料高温拉伸损伤及失效的微观机制209
7.3超高温陶瓷复合材料高温拉伸力学行为及失效机制212
7.4超高温陶瓷复合材料高温压缩力学行为及失效机制220
7.4.1超高温陶瓷材料单轴静态压缩力学行为220
7.4.2超高温陶瓷动态压缩力学行为及失效机理223
7.5本章小结233
参考文献234
第8章复合材料高温拉伸损伤及失效过程数值模拟方法236
8.1基于针刺预制体工艺的有限元建模238
8.2针刺C／CSiC复合材料高温拉伸损伤失效模拟分析244
8.2.1组分材料高温拉伸强度模型244
8.2.2材料高温单轴拉伸损伤失效分析248
8.3超高温陶瓷复合材料高温拉伸损伤本构模型249
8.3.1机械损伤演化方程250
8.3.2热损伤演化方程251
8.3.3高温损伤本构模型251
8.4超高温陶瓷复合材料高温拉伸损伤数值模拟257
8.5本章小结264
参考文献264
第9章高温结构复合材料的许用值与设计值267
9.1概述267
9.2复合材料许用值与设计值267
9.2.1许用值268
9.2.2设计值268
9.2.3许用值与设计值的关系269
9.3试验数据的统计分析方法269
9.3.1试验数据的归一化270
9.3.2异常数据筛选270
9.3.3子体相容性检验272
9.3.4参数估计273
9.3.5连续分布拟合优度检验276
9.4复合材料许用值的确定278
9.4.1基准值的样本容量278
9.4.2试验矩阵设计280
9.4.3基准值计算方法283
9.5针刺C／C复合材料层间剪切性能许用值288
9.5.1试验矩阵设计288
9.5.2试验数据统计分析291
9.5.3材料剪切强度许用值确定297
9.6本章小结300
参考文献301
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