Structural Loads Analysis Theory and Practice for Commercial Aircraft (Aiaa Education Series) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:AIAA (American Institute of Aeronautics & Ast

作者:Ted L. Lomax

出品人:

页数:277

译者:

出版时间:1996

价格:USD 99.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9781563471148

丛书系列:

图书标签:

• Structural Loads
• Aircraft Loads
• Aerospace Engineering
• Finite Element Analysis
• Structural Analysis
• Aircraft Design
• AIAA
• Engineering Mechanics
• Load Analysis
• Commercial Aircraft

航空结构设计与分析：从基础理论到前沿应用 本书旨在为航空航天工程师、结构设计人员以及相关领域的研究人员提供一本全面、深入的教材与参考手册，专注于现代商用飞机结构的设计、分析、验证与维护。内容涵盖从基础的材料科学与结构力学原理，到复杂的载荷评估、疲劳寿命预测、复合材料应用以及先进的无损检测技术，旨在构建一个完整、实用的航空结构工程知识体系。 --- 第一部分：航空结构基础与材料科学 本部分奠定理解现代飞机结构的基础。首先回顾经典的梁、板、壳体理论在航空应用中的特殊性，重点分析如何在承受极端载荷和温度变化的环境下确保结构完整性。 1.1 航空结构力学基础回顾与深化： 薄壁结构理论的精炼： 详细阐述扭转、弯曲和剪力流在非对称截面翼梁和机身结构中的精确计算方法，引入能量法在复杂结构变形分析中的应用。 稳定性分析： 深入探讨临界屈曲载荷的确定，包括子结构（如蒙皮加强板）的局部屈曲和整体失稳问题。讨论不同约束条件对屈曲性能的影响。 连接件设计与分析： 对铆接、螺栓连接和现代胶接技术进行详尽的力学分析。重点关注应力集中效应和多孔板的强度校核。 1.2 航空结构材料的特性与选择： 高性能金属合金： 铝锂合金、钛合金和高强度钢在机体结构中的应用优势、局限性及断裂韧性要求。讨论高温对材料性能的影响。 先进复合材料系统（FRPs）： 详细介绍碳纤维增强环氧树脂（CFRP）的铺层设计原理、层合板的宏观力学性能（如杨氏模量、泊松比的测试与计算）以及纤维方向对承载效率的决定性作用。 材料的制造与缺陷评估： 探讨制造工艺（如热压罐固化、自动铺放）引入的残余应力、孔隙率对结构性能的负面影响。 --- 第二部分：商用飞机载荷评估与环境因素分析 本部分聚焦于如何准确地确定作用于飞机结构上的各种载荷，这是所有结构设计和强度分析的起点。强调不同飞行阶段和运行条件的载荷组合。 2.1 飞行载荷的确定与建模： 气动弹性力学基础： 介绍静力气动载荷的计算方法，包括截面法和面板法。深入讨论颤振、抖振等对结构动态响应的耦合效应。 极限载荷与设计载荷的确定： 根据适航法规（如FAR/CS Part 25）的要求，详细解析“包线设计方法”（Limit Load vs. Ultimate Load）的建立过程，包括阵风、机动等工况的边界条件。 地面操作载荷： 重点分析起飞、降落、滑行、刹车及意外着陆情况下的冲击载荷，特别是起落架与机身的连接点受力分析。 2.2 剩余环境载荷与特殊工况： 动力学载荷分析： 针对发动机喘振、抖振、鸟撞和地面颠簸等瞬态载荷进行模态分析和时域响应计算。 温度与载荷耦合： 分析燃料、发动机热量对机翼和尾翼结构的热应力贡献，以及不同高度下大气温度对材料性能和载荷系数的影响。 结冰载荷分析： 探讨机翼前缘和关键部件上冰层增长的质量、形状估算及其对气动性能和结构载荷的附加影响。 --- 第三部分：结构分析的数值方法与验证 本部分深入探讨现代工程分析工具的应用，特别是有限元方法（FEM）在复杂航空结构中的实施、求解与结果的可靠性评估。 3.1 有限元建模的最佳实践： 网格划分策略： 针对薄壁结构（蒙皮、加强筋、隔框）的几何特征，制定高效且精确的网格划分方案。讨论壳单元、实体单元和梁单元的选用原则。 接触与非线性分析： 准确模拟连接件之间的预紧力、铆钉的剪切行为以及复合材料分层等非线性问题。 载荷施加与边界条件： 确保将第二部分确定的真实载荷精确映射到有限元模型上，并合理设置支撑约束以避免数值奇异。 3.2 结构动力学与模态分析： 自由振动分析： 计算结构的固有频率和振型，用于评估结构对振动和颤振的敏感性。 随机振动与疲劳载荷谱的建立： 如何根据飞行包线生成代表性的随机载荷序列，用于计算结构的关键区域的损伤累积。 3.3 强度校核与安全裕度确定： 失效准则的应用： 针对各向异性的复合材料（如 Tsai-Wu, Hashin 准则）和各向同性的金属材料（如 Von Mises 准则）进行失效预测。 静力学与屈曲安全裕度计算： 结构许用应力与实际应力的比较，确保在设计载荷下的安全裕度满足规范要求。 --- 第四部分：结构耐久性、疲劳与损伤容限设计 现代商用飞机设计强调长寿命和高可靠性，本部分着重于如何预测和管理结构的老化和损伤。 4.1 疲劳分析与寿命预测： 高周疲劳（HCF）与低周疲劳（LCF）： 区分不同载荷周期下的疲劳机制。重点分析起降循环（LCF）和湍流穿越（HCF）对机翼和机身寿命的贡献。 线性累积损伤模型： 深入应用 Miner 准则及其修正模型，结合载荷谱，计算结构的剩余疲劳寿命。 应力集中与裂纹萌生： 详细研究连接孔、开口边缘等区域的局部应力集中对裂纹萌生的加速作用。 4.2 损伤容限（Damage Tolerance）设计哲学： 慢速裂纹扩展分析： 基于断裂力学原理，利用 Paris 准则，计算给定初始缺陷在预期服役周期内扩展的速率和距离。 安全审查间隔（SRM）： 建立从发现裂纹到结构失效所需的修复时间窗，确保在两次定期检查之间，结构不会发生灾难性失效。 复合材料的损伤评估： 探讨分层、脱粘等内部损伤的检测与对结构承载力的影响评估方法。 --- 第五部分：先进制造、检测与适航要求 本部分连接理论分析与实际工程实践，探讨结构制造过程中的质量控制以及最终产品的认证要求。 5.1 结构健康监测（SHM）与无损检测（NDT）： 传感器集成： 介绍光纤布拉格光栅（FBG）和压电传感器在实时监测应变和振动方面的应用。 先进无损检测技术： 详细论述超声波、涡流、X射线等技术在检测复合材料分层、金属疲劳裂纹和腐蚀方面的适用性与局限性。 5.2 结构设计与适航法规的对应： 主要设计规范解析： 剖析商用飞机结构设计必须遵循的核心适航条文，理解结构冗余度（如“Carry-Through”概念）的要求。 静力地面测试与飞行试验的衔接： 讨论如何将计算模型的预测结果与地面静力极限载荷测试、全程疲劳测试的结果进行对比验证，以满足适航取证要求。 5.3 结构维护、修理与退役考量： 修理设计原则： 针对不同类型的结构损伤（金属疲劳裂纹、复合材料穿透损伤），介绍符合规范的修理方案设计与强度再校核。 腐蚀与老化管理： 讨论环境对结构长期性能的影响，以及预防性维护策略。 --- 本书的特色在于其对理论深度与工程实践的平衡。通过大量的案例分析和计算示例，读者不仅能掌握分析工具的使用，更能深刻理解设计决策背后的物理机制和法规驱动力，从而能够独立承担现代商用飞机复杂结构系统的设计与认证工作。

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