结构设计方法

定　　价：78 元

丛书名：空天力学系列教材

• 作者：李道奎主编
• 出版时间：2017/2/1
• ISBN：9787030511416
• 出 版 社：科学出版社

适用读者:本书适用于从事飞行器总体、结构设计与分析等工作的工程技术人员

• 中图法分类：V214 
• 页码：329
• 纸张：胶版纸
• 版次：1
• 开本：16K
• 字数：(单位：千字)

内容简介

本书立足于介绍考虑基本力学原理和航天工程中各种实际约束情况下的飞行器结构设计方法。

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序 言

　　本书所说的结构设计方法是指导弹、火箭、卫星等飞行器的结构设计方法。飞行器的结构分系统是保证其他分系统功能实现的基础。结构系统设计的好坏，将直接影响到其他分系统以及整个飞行器系统功能的实现和性能的优劣。因此，结构设计是飞行器设计的主要内容之一。结构设计是一个创造的过程，需要设计人员既要对现有的各种相关飞行器结构有一定的了解，又要掌握现代的先进设计方法；同时结构设计又是一项具有严格要求的工作，创造的成果“飞行器结构”既要满足强度、刚度、尺寸稳定性等设计要求，还要满足其他各种设计约束条件。本书正是从这两个方面出发，既介绍飞行器结构设计的基本原理与方法，也介绍飞行器结构典型部件结构形式，最后还对包含作者近些年研究成果的先进结构设计方法进行介绍，力求让学习本书的人员掌握飞行器结构设计的基本方法，初步具有对飞行器结构进行分析与设计的能力。

　　本书是高等院校飞行器设计、固体力学等学科本科生或研究生的教材。全书共11章。前3章为本书第一部分。第1章从整体上介绍飞行器结构的概念与组成、研制过程、设计的基本内容、强度设计方法等内容；第2章以飞行器常见结构中较为简单的杆系结构为例，介绍飞行器结构设计与分析的基本原理与基本方法；第3章介绍与飞行器结构设计密切相关的结构力学理论与分析方法，包括弹性力学基本理论、飞行器结构中常用的梁板壳理论、复合材料结构力学理论、结构稳定性理论、热弹性理论等，在数值求解方法部分主要介绍有限元方法基本原理、结构分析模型的建立、结构静力分析、模态分析、动态响应分析、热变形及热应力分析等内容。第4～8章为本书第二部分。这一部分以弹翼、弹身、推进剂贮箱、中心承力筒和密封舱等为例，介绍飞行器中典型构件或部件的结构形式、设计原理和设计方法。第9～11章为本书第三部分，分别介绍现代飞行器中常用结构——复合材料结构的设计方法、现代飞行器结构设计中常用的优化设计方法、体现先进设计理念和极具应用前景的CAD/CAE-体化设计的结构设计方法等。本书内容繁简得当、写作精练易懂、与工程实际结合紧密。传统与现代设计方法、传统与现代材料、结构理论与工程应用等方面在书中均有涉及，各高校可以根据学生的基础选择性地讲解其中内容，有利于教师组织教学与学生学习。

　　参加本教材编写的有李道奎、李谨、张瑞明和沈重，李道奎任主编。其中李道奎编写第1～7章，张瑞明编写第8章，李谨编写第9章和第10章，沈重编写第11章，最后由李道奎统稿。本书在编写过程中，参考了一些同类优秀教材并引用了其中部分内容，得到了国防科学技术大学许多同志的支持与帮助，特别是得到了负责录入和校对的老师和研究生的帮助，在此一并表示感谢。

目 录

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 飞行器结构的概念与组成 1
1.2.1 飞行器结构的概念与分类 1
1.2.2 飞行器结构的形式与组成 2
1.3 飞行器结构的研制过程 5
1.3.1 火箭、导弹结构的研制过程 5
1.3.2 航天器结构的研制过程 7
1.4 飞行器结构设计的主要工作 12
1.4.1 结构设计的特点与原则 12
1.4.2 结构设计的技术要求 15
1.4.3 构型设计 17
1.4.4 结构形式、材料和连接方式的选择 17
1.4.5 结构设计参数的确定 20
1.5 飞行器结构强度设计 21
1.5.1 强度准则 22
1.5.2 结构强度验证 25
第2章 杆系结构设计与分析 28
2.1 引言 28
2.2 杆系结构简介 28
2.2.1 杆系结构的形式 28
2.2.2 杆系结构的功能 29
2.2.3 杆系结构的设计要求 29
2.2.4 杆系结构的材料 30
2.3 杆系结构的整体构型设计与选材 30
2.3.1 整体构型的选型设计 30
2.3.2 整体构型的布局优化设计 31
2.3.3 杆系结构的选材 33
2.4 杆件的设计 35
2.4.1 杆件设计方法 35
2.4.2 火箭杆式级间段的杆件设计 36
2.5 杆系结构的接头设计 42
2.5.1 接头设计方法 42
2.5.2 火箭杆式级间段的接头设计 44
2.6 杆系结构的应用 45
2.6.1 作为主结构的应用 45
2.6.2 作为次结构的应用 47
2.7 杆系结构的分析 48
2.7.1 杆系的几何不变性 48
2.7.2 静定杆系结构分析 52
2.7.3 静不定杆系结构分析 60
2.7.4 薄壁杆件理论简介 67
第3章 飞行器结构力学理论与分析方法 71
3.1 引言 71
3.2 飞行器结构力学理论及其解析求解 71
3.2.1 弹性力学理论 72
3.2.2 梁理论 74
3.2.3 板壳理论 76
3.2.4 复合材料结构力学理论 84
3.2.5 结构稳定性理论 87
3.2.6 热弹性理论 91
3.3 飞行器结构分析 95
3.3.1 结构有限元方法的基本原理 95
3.3.2 结构分析模型的建立 99
3.3.3 结构静力分析 104
3.3.4 结构模态分析 108
3.3.5 结构动态响应分析 115
3.3.6 结构热变形及热应力分析 120
第4章 弹翼结构设计 123
4.1 引言 123
4.2 弹翼的功用与设计要求 123
4.2.1 弹翼的功用 123
4.2.2 弹翼的设计要求 124
4.3 弹翼的结构形式 125
4.3.1 骨架蒙皮式弹翼 125
4.3.2 整体壁板式弹翼 127
4.3.3 夹层结构式弹翼 129
4.4 弹翼的传力分析 131
4.4.1 传力分析的概念 131
4.4.2 单梁式弹翼的传力分析 132
4.5 骨架蒙皮式弹翼的设计 140
4.5.1 翼梁的设计 141
4.5.2 翼肋的设计 142
4.5.3 桁条的设计 144
4.5.4 蒙皮和屏格尺寸的设计 145
4.5.5 弹翼的校核计算 146
4.6 其他形式弹翼的设计 146
4.6.1 小展弦比整体壁板式弹翼的设计 146
4.6.2 夹层结构式弹翼的设计 149
4.7 弹翼与弹身的连接设计 152
4.7.1 耳片式接头 152
4.7.2 多榫式接头 153
4.7.3 轴式接头 155
4.7.4 插入式接头 155
4.7.5 盘式接头 155
4.7.6 燕尾槽式接头 156
第5章 弹身结构设计 158
5.1 引言 158
5.2 弹身的功用与设计要求 158
5.2.1 弹身的功用 158
5.2.2 弹身的设计要求 158
5.2.3 弹身的受载特点 159
5.3 弹身的结构形式 159
5.3.1 蒙皮骨架式结构 160
5.3.2 整体壁板式结构 162
5.3.3 构架式结构 162
5.4 弹身的传力分析 163
5.4.1 横向集中载荷的传递 164
5.4.2 纵向集中载荷的传递 164
5.4.3 隔框的传力分析 166
5.4.4 弹身开口处的传力分析 168
5.5 薄壁结构弹身的设计计算 169
5.5.1 设计计算的基本步骤 169
5.5.2 弹身截面的设计计算 170
5.5.3 框的设计计算 174
5.6 弹身舱段的设计 176
5.6.1 弹身舱段结构布局设计 176
5.6.2 相邻舱段的受力协调问题 177
5.6.3 弹身的开口问题 178
5.6.4 弹身舱段的密封 179
5.6.5 设备的安装 182
5.7 弹身舱段连接的设计 184
5.7.1 连接偏差 184
5.7.2 舱段的主要连接形式 186
第6章 推进剂贮箱结构设计 191
6.1 引言 191
6.2 贮箱的分类与设计要求 191
6.2.1 贮箱的分类与组成 191
6.2.2 贮箱的设计要求 193
6.3 壳段与短壳的结构设计 194
6.3.1 壳段与短壳的结构形式 194
6.3.2 硬壳式壳体结构的设计计算 196
6.3.3 半硬壳式壳体结构的设计计算 196
6.3.4 网格加筋式壳体结构的设计计算 198
6.3.5 放射肋加筋短壳的设计计算 199
6.4 箱底设计 200
6.4.1 箱底的设计分析 201
6.4.2 箱底的优化选择 202
6.4.3 开孔的应力集中 204
6.4.4 共底设计 205
6.4.5 防热底设计 206
6.5 防晃设计 207
6.5.1 防晃措施 207
6.5.2 防晃板的分类及其应用 209
6.6 流出口与防漩设计 210
6.6.1 推进剂流出口设计 211
6.6.2 防漩装置设计 213
6.7 消能器设计 214
6.7.1 消能器的作用 214
6.7.2 典型的消能器设计 214
第7章 中心承力筒结构设计 216
7.1 引言 216
7.2 中心承力筒的功能与设计要求 216
7.2.1 中心承力筒的功能 216
7.2.2 中心承力筒的设计要求 217
7.3 中心承力筒的结构形式与特点 218
7.3.1 中心承力筒的结构形式 218
7.3.2 中心承力筒的结构特点 219
7.4 桁条加筋中心承力筒的设计与分析 220
7.4.1 筒体设计 220
7.4.2 连接设计 224
7.4.3 设计计算 225
7.5 蜂窝夹层中心承力筒的设计与分析 226
7.5.1 筒体设计 226
7.5.2 连接设计 228
7.5.3 设计计算 231
第8章 密封舱结构设计 235
8.1 引言 235
8.2 密封舱的功用与设计要求 235
8.2.1 密封舱的功用 235
8.2.2 密封舱的设计要求 237
8.3 密封舱的结构形式 238
8.3.1 密封舱的分类 238
8.3.2 密封舱结构的外形 238
8.3.3 密封舱结构的组成 240
8.4 密封舱结构设计与分析 241
8.4.1 舱体结构设计 241
8.4.2 舱体结构分析 242
8.4.3 舱门结构设计 244
8.5 密封装置设计 245
8.5.1 密封方法 245
8.5.2 密封材料 246
8.5.3 密封圈设计 249
8.5.4 密封连接设计 251
第9章 复合材料结构设计 254
9.1 引言 254
9.2 复合材料的分类与特点 254
9.2.1 复合材料的分类 254
9.2.2 复合材料的性能特点 256
9.3 复合材料结构的设计要求和选材 257
9.3.1 复合材料结构的设计要求 257
9.3.2 复合材料结构的设计步骤 258
9.3.3 复合材料结构的选材 259
9.4 复合材料层合板设计 262
9.4.1 层合板设计的一般原则 262
9.4.2 层合板的设计方法 263
9.4.3 加筋层合板的设计方法 266
9.5 复合材料连接结构设计 267
9.5.1 胶接连接设计 267
9.5.2 机械连接设计 268
第10章 结构优化设计 270
10.1 引言 270
10.2 结构优化设计的概念与分类 270
10.2.1 结构优化设计的基本概念 270
10.2.2 结构优化设计的分类 271
10.3 优化设计的数学模型 272
10.3.1 设计变量 272
10.3.2 约束条件 273
10.3.3 目标函数 275
10.3.4 优化模型的数学描述 276
10.4 优化算法 277
10.4.1 数学规划法 277
10.4.2 最优准则法 279
10.4.3 仿生学方法 281
10.5 结构优化设计的步骤 284
10.5.1 数学模型的建立 284
10.5.2 优化计算 285
10.5.3 优化结果的分析 286
第11章 CAD/CAE一体化设计 288
11.1 引言 288
11.2 基于构件的CAD建模 288
11.2.1 CAD建模的技术思路 288
11.2.2 CAD建模规范 289
11.2.3 CAD参数化模板技术实现方案 292
11.2.4 运载火箭典型结构参数化模板及装配 294
11.3 基于模板的CAE分析 305
11.3.1 CAE分析模板实现方案 305
11.3.2 运载火箭典型构件CAE分析模板 309
11.3.3 运载火箭整体结构CAE分析模板 315
11.4 基于CAD/CAE一体化的壳体结构优化 320
11.4.1 优化设计方法 321
11.4.2 模型集成技术 323
11.4.3 运载火箭壳体结构优化 324
参考文献 330