《复合材料结构设计》课程教学大纲（本科）.docx

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1、复合材料结构设计Structural Design of Composites课程代码：07410097学分：2学时：32 (其中：课堂教学学时：32 实验学时：上机学时：课程实践学时：)先修课程：材料科学与工程导论，复合材料原理，材料力学性能，工程力学适用专业：材料科学与工程各专业教材：复合材料力学与结构设计，王耀先，华东理工大学出版社，2012年第一版一、课程性质与课程目标(-)课程性质复合材料在航空、航天、建筑、化工、汽车和造船等部门的应用日益广泛。当前人类已从合成 材料时代进入复合材料时代，但要合成一种新材料使之满足各种高要求的综合技术指标非常困难， 同时即时研制出来某种满意的材料，从

2、实验室到工业生产的周期也很长。如果把现有的材料通过科 学合理的设计复合起来那么容易满足要求。通过本课程的学习，可使学生了解复合材料结构设计知识, 以满足复合材料的迅速开展和广泛应用的需要。(-)课程目标课程目标1:掌握单层板的偏轴刚度计算中应力转换和应变转换，偏轴模量和柔量、工程弹 性常数的计算。单层板的基本强度、最大应力准那么和最大应变准那么，蔡-希尔强度准那么和霍夫曼准那么, 蔡-吴张量准那么和单层板强度的计算方法。课程目标2：掌握层合板的表示法；面内的内力和面内应变的关系，以及对称层合板的面内 工程弹性常数，面内刚度系数的计算；几种典型对称层合板的面内刚度计算。了解对称层合板面内 刚度的

3、转换。掌握对称层合板的弯曲力矩与曲率的关系；弯曲工程弹性常数以及刚度系数的计算。 了解几种典型对称层合板的弯曲强度的计算。对一般层合板的内力一应变关系、工程弹性常数的求 解、刚度系数的计算要能了解。掌握层合板的强度计算方法和湿热效应对强度的影响。在学习各向 异性体弹性力学基本方程的基础上，掌握弹性力学问题的一般解法，并能对不同载荷条件下的杆，梁，夹层，板，壳体结构进行分析。课程目标3： 了解复合材料结构设计过程，确定设计条件。在材料设计过程中，能了解原材 料的选择原那么，及其对复合材料性能的可能影响。掌握复合材料结构设计的一般原那么，结构设计时 应考虑的工艺性要求，许用值与平安系数确实定。了解

4、典型结构件的设计准那么，结构形式的选择和 其他应考虑的因素。（三）课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系本课程支撑专业培养计划中毕业要求指标点1-4. 5-2和6-3。1 .毕业要求1-4：掌握复合材料专业知识，能够用于复杂工程问题的分析和求解。2 .毕业要求5-2：能够开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具解决复合材料 与工程领域的复杂工程问题。3 .毕业要求6-3：能正确认识和评价复合材料与工程领域新技术、新工艺、新装备的开发 和应用对于社会、健康、平安、法律以及文化的影响，并理解应承当的责任。课程目标毕业要求指标课程目标1课程目标2课程目标3毕业要求1-4毕业要求5-2毕业要求6

5、-3二、课程内容与教学要求第一章绪论（-）课程内容讲解复合材料的命名、分类、构造及特点，进而讲解复合材料的优缺点。（1）复合材料的开展简史；（2）复合材料的分类；（3）复合材料及其结构设计的特点。（二）教学要求掌握、了解。（三）重点与难点.重点掌握复合材料的优缺点。1 .难点了解复合材料的分类。第二章单层板的刚度和强度（一）课程内容教学内容：单层板的正轴刚度、偏轴刚度和强度的计算方法。掌握单层板的偏轴刚度计算中应 力转换和应变转换，偏轴模量和柔量、工程弹性常数的计算。单层板的基本强度、最大应力准那么和 最大应变准那么，蔡-希尔强度准那么和霍夫曼准那么，蔡-吴张量准那么和单层板强度的计算方法。（

6、二）教学要求理解。（三）重点与难点.重点掌握单层板的偏轴刚度计算中应力转换和应变转换。2 .难点了解模量分量和柔量分量的区别。第三章单层板的细观力学（-）课程内容教学内容：复合材料的密度和组分材料的含量；单向连续纤维增强复合材料弹性常熟的预测； 单向连续纤维增强复合材料单层基本强度的预测；正交织物复合材料弹性常熟和强度预测；短纤维 增强复合材料的细观力学分析；颗粒增强复合材料的弹性模量和强度；湿、热膨胀系数的细观力学 分析。掌握单向连续纤维增强复合材料串连和并联模型的弹性常数的计算，了解植村-山胁的经验公 式，组合模型的弹性常数的计算公式，蔡-韩的修正公式，哈尔平-蔡的半经验公式。能进行该材料

7、 单层的纵向拉伸强度和压缩强度的计算。掌握纵向和横向热、湿膨胀系数的计算。（二）教学要求掌握、理解。（三）重点与难点.重点掌握单向连续纤维增强复合材料串连和并联模型的弹性常数的计算。3 .难点了解材料单层的纵向拉伸强度和压缩强度的计算。第四章层合板的刚度和强度（一）课程内容教学内容：对称层合板的面内刚度；对称层合板的弯曲强度；一般层合板的刚度；层合板的强 度；湿热效应等。掌握层合板的表示法；面内的内力和面内应变的关系，以及对称层合板的面内工程弹性常数， 面内刚度系数的计算；几种典型对称层合板的面内刚度计算。了解对称层合板面内刚度的转换。掌 握对称层合板的弯曲力矩与曲率的关系；弯曲工程弹性常数以

8、及刚度系数的计算。了解几种典型对 称层合板的弯曲强度的计算。对一般层合板的内力一应变关系、工程弹性常数的求解、刚度系数的 计算要能了解。掌握层合板的强度计算方法和湿热效应对强度的影响。（二）教学要求掌握、理解。（三）重点与难点.重点掌握层合板的表示法；面内的内力和面内应变的关系，以及对称层合板的面内工程弹性 常数，面内刚度系数的计算；儿种典型对称层合板的面内刚度计算。4 .难点了解对称层合板面内刚度的转换。第五章复合材料结构分析（-）课程内容教学内容：复合材料结构分析的基本问题；复合材料梁；夹层结构分析；复合材料板的弯曲分 析；复合材料壳体分析。在学习各向异性体弹性力学基本方程的基础上，掌握弹

9、性力学问题的一般解法，并能对不同载 荷条件下的杆，梁，夹层，板，壳体结构进行分析。（二）教学要求掌握、理解。（三）重点与难点.重点掌握弹性力学问题的一般解法。5 难点了解不同载荷条件下的杆，梁，夹层，板，壳体结构分析。第六章复合材料连接设计（-）课程内容教学内容：复合材料连接方式；机械连接设计；胶接连接设计。掌握胶接与机械连接的比拟，了解接头效率的表示方法。对胶接连接和机械连接接头能进行分 析和设计。（二）教学要求了解。（三）重点与难点（假设不单独列出，需在教学要求中适当注明）重点掌握胶接与机械连接的比拟。6 难点了解接头效率的表示方法。第七章复合材料结构设计基础（-）课程内容教学内容：复合材

10、料结构设计过程，材料设计，结构设计。了解复合材料结构设计过程，确定设计条件。在材料设计过程中，能了解原材料的选择原那么， 及其对复合材料性能的可能影响。掌握复合材料结构设计的一般原那么，结构设计时应考虑的工艺性 要求，许用值与平安系数确实定。了解典型结构件的设计准那么，结构形式的选择和其他应考虑的因 素。（二）教学要求了解。（三）重点与难点重点掌握复合材料结构设计的一般原那么。7 难点了解复合材料结构设计过程，确定设计条件。三、学时分配及教学方法章（按序填写）教学形式及学时分配主要教学方 法支撑的课程 目标课堂 教学实 验上机课程 实践小 计一、绪论22讲授法1二、单层板的刚度和强度44讲授法1三、单层板的细观力学44讲授法1四、层合板的刚度与强度66讲授法2五、复合材料结构分析88讲授法2六、复合材料连接设计44讲授法3七、复合材料结构设计基础44讲授法3合计3232四、课程考核考核形式考核要求考核权重备注课堂表现课堂表现20%考试开卷80%五、参考书目及学习资料1.复合材料力学与结构设计，王耀先，华东理工大学出版社，2012年第一版2,复合材料结构力学与结构设计，赵美英，陶梅贞，西北工业大学出版社，2007年第一版六、大纲说明（内容可包括课程基本要求、习题要求及其它一些必要的说明）理论讲授与多媒体教学相结合，采取课堂讲授为主，老师与同学进行专题讨论为辅。2017年9月12日