本书主要阐述静水压力下复合材料壳体承压性能分析，重点介绍了屈曲、强度失效、壳体承压性能优化的基本概念和理论，建立了静水压力下纤维复合材料圆柱壳体屈曲和损伤模型，考虑两种失效形式进行了壳体承压性能优化。此外，本书还开展了不同材料体系如碳纤维复合材料、铝合金、碳化硅陶瓷圆柱壳体承载性能测试范例，获得了壳体微观应变和宏观屈曲形貌演化特性，阐明了静水压力下壳体非线性行为特点。
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2006-2010：河南理工大学，本科
2010-2012：河南理工大学，硕士
2014-2019：西北工业大学，博士2019-2022：中国科学院上海硅酸盐研究所
2023-至今：西北工业大学水下装备结构力学无无
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 水下航行器轻量化的意义 1
1.2 纤维复合材料耐压结构应用现状 3
1.2.1 屈曲行为 4
1.2.2 损伤行为 6
1.2.3 承压性能测试 9
1.3 当前存在的问题和不足 11
第2章 特征值屈曲 12
2.1 静水压力下的壳体屈曲控制方程 12
2.1.1 平衡方程 13
2.1.2 本构方程 14
2.1.3 几何方程 16
2.1.4 控制方程及求解 16
2.2 三角类形函数 18
2.2.1 边界条件和屈曲特征 18
2.2.2 残差及特征方程 20
2.3 梁振动模态形函数 23
2.3.1 边界条件和屈曲特征 23
2.3.2 残差及特征方程 26
2.4 数值分析与验证 29
2.4.1 数值分析 29
2.4.2 对比验证 32
2.5 本章小结 36
第3章 屈曲特性 37
3.1 几何因素对稳定性的影响 37
3.1.1 径厚比对稳定性的影响 37
3.1.2 长径比对稳定性的影响 41
3.2 刚度系数对稳定性的影响 44
3.2.1 不同径厚比下刚度系数对稳定性的影响 44
3.2.2 不同缠绕方式下刚度系数对稳定性的影响 46
3.3 纤维缠绕角度和层数对稳定性的影响 50
3.3.1 稳定性优化设计方法 50
3.3.2 纤维缠绕角度和对应层数对临界失稳载荷的影响 51
3.4 本章小结 56
第4章 面内损伤 57
4.1 面内损伤数值模型 57
4.1.1 连续线性退化策略 57
4.1.2 有限元模型 63
4.1.3 面内损伤模型验证 64
4.2 壳体几何尺寸对面内损伤的影响 65
4.2.1 壳体厚度与长度对损伤的影响 65
4.2.2 几何尺寸对壳体强度与稳定性的影响 71
4.3 缠绕角度对面内损伤的影响 75
4.3.1 缠绕角度对短壳体的影响 75
4.3.2 缠绕角度对长壳体的影响 79
4.4 本章小结 83
第5章 分层损伤 84
5.1 分层损伤数值模型 84
5.1.1 含初始分层损伤的数值模型 85
5.1.2 无初始损伤的数值模型 87
5.1.3 分层损伤模型验证 89
5.2 分层损伤的影响因素 91
5.2.1 初始分层损伤形状与面积的影响 92
5.2.2 初始分层损伤深度的影响 99
5.2.3 缠绕角度对分层扩展的影响 104
5.3 本章小结 108
第6章 承压性能优化和增强 110
6.1 强度准则 110
6.1.1 Tsai-Wu失效准则 110
6.1.2 屈曲变形 113
6.1.3 失效路径 116
6.2 纤维缠绕角度和层数对强度的影响 117
6.2.1 强度分析平台 118
6.2.2 不同壁厚时纤维缠绕角度和层数对强度的影响 119
6.3 承压性能优化 120
6.3.1 优化设计平台 120
6.3.2 碳纤维圆柱壳体 122
6.3.3 硼纤维圆柱壳体 128
6.3.4 玻璃纤维圆柱壳体 133
6.4 铝合金内衬增强 138
6.4.1 铝合金内衬增强碳纤维圆柱壳体 139
6.4.2 铝合金内衬增强硼纤维圆柱壳体 142
6.4.3 铝合金内衬增强玻璃纤维圆柱壳体 145
6.5 钛合金内衬增强 148
6.5.1 钛合金内衬增强碳纤维圆柱壳体 148
6.5.2 钛合金内衬增强硼纤维圆柱壳体 150
6.5.3 钛合金内衬增强玻璃纤维圆柱壳体 151
6.6 两种增强方式对比 152
6.7 本章小结 153
第7章 无观测条件下壳体承压性能测试 155
7.1 试验系统组成及测试方法 155
7.1.1 试验模型 155
7.1.2 数据采集系统 158
7.1.3 试验流程 159
7.1.4 试验工况 161
7.2 碳纤维圆柱壳体静力行为 162
7.2.1 壳体的应变 162
7.2.2 裙边的应变 165
7.2.3 封头的应变 166
7.2.4 壳体的应力 168
7.2.5 壳体的位移 170
7.3 碳纤维圆柱壳体非线性行为 171
7.3.1 壳体的环向应变非线性 171
7.3.2 壳体的轴向应变非线性 175
7.3.3 裙边的环向应变非线性 177
7.4 壳体承压性能与残余冲击力 178
7.4.1 壳体承压性能 178
7.4.2 残余冲击力 178
7.5 本章小结 179
第8章 可视化条件下壳体承压性能测试 181
8.1 可视化测试系统和等效边界 181
8.1.1 可视化测试系统 181
8.1.2 等效边界条件下屈曲解析方案 183
8.2 铝合金圆柱壳体屈曲行为 189
8.2.1 铝合金圆柱壳体线性屈曲 190
8.2.2 铝合金圆柱壳体非线性屈曲 193
8.2.3 铝合金圆柱壳体屈曲形貌 195
8.2.4 铝合金圆柱壳体测点应变 197
8.2.5 铝合金圆柱壳体屈曲载荷 201
8.3 碳纤维复合材料圆柱壳体屈曲行为 201
8.3.1 碳纤维复合材料圆柱壳体线性屈曲 201
8.3.2 碳纤维复合材料圆柱壳体非线性屈曲 204
8.3.3 碳纤维复合材料圆柱壳体屈曲形貌 208
8.3.4 碳纤维复合材料圆柱壳体测点应变 211
8.3.5 碳纤维复合材料圆柱壳体屈曲载荷 215
8.4 SiC陶瓷圆柱壳体屈曲行为 216
8.4.1 SiC陶瓷圆柱壳体线性屈曲 216
8.4.2 SiC陶瓷圆柱壳体非线性屈曲 219
8.4.3 SiC陶瓷圆柱壳体屈曲形貌 220
8.4.4 SiC陶瓷圆柱壳体测点应变 221
8.4.5 SiC陶瓷圆柱壳体屈曲载荷 224
8.5 本章小结 225
参考文献 226
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