《復(fù)合材料力學(xué)》教學(xué)大綱---武漢理工大學(xué)卓越工程師培養(yǎng)計劃.doc

復(fù)合材料力學(xué)教學(xué)大綱課程編號 ：課程名稱 ：復(fù)合材料力學(xué)/ Mechanics of Composite Materials學(xué)時/學(xué)分：32/2先修課程 ：工程力學(xué)適用專業(yè) ：復(fù)合材料與工程開課學(xué)院（部）、系(教研室)：材料科學(xué)與工程學(xué)院復(fù)合材料系一、課程的性質(zhì)與任務(wù)復(fù)合材料力學(xué)是復(fù)合材料與工程專業(yè)的專業(yè)必修課，是為培養(yǎng)復(fù)合材料與工程專業(yè)高質(zhì)量專門人才服務(wù)的。通過本課程的學(xué)習(xí)，要使學(xué)生獲得：1復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)2單層板的剛度與強(qiáng)度3單層板的細(xì)觀力學(xué)4層合板的剛度與強(qiáng)度等復(fù)合材料力學(xué)的基礎(chǔ)理論知識，為復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計、復(fù)合材料產(chǎn)品設(shè)計奠定理論基礎(chǔ)。在傳授復(fù)合材料力學(xué)知識的同時，要通過各個教學(xué)環(huán)節(jié)逐步培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)復(fù)合材料各向異性、可設(shè)計性的特點(diǎn)，初步掌握復(fù)合材料設(shè)計的基本原理和綜合運(yùn)用所學(xué)知識去分析和進(jìn)行復(fù)合材料設(shè)計的能力。 二、課程的教學(xué)內(nèi)容、基本要求及學(xué)時分配（一）教學(xué)內(nèi)容1復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)：復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)層次，單層板的概念，雙向板的概念，單層材料設(shè)計、層合板設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計的概念。復(fù)合材料的特點(diǎn)：復(fù)合材料的各向異性和非均質(zhì)性概念，復(fù)合材料的可設(shè)計性、材料與結(jié)構(gòu)的同一性、結(jié)構(gòu)設(shè)計包括材料設(shè)計、材料性能對復(fù)合工藝的依賴性的概念。 復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)：比強(qiáng)度、比模量的定義，疲勞性能、減振性能、破損安全性能、耐化學(xué)腐蝕性能、電性能、熱性能的特點(diǎn)，復(fù)合材料模量、層間性能、性能離散性大等概念。2單層的剛度與強(qiáng)度單層板的正軸剛度：正軸與偏軸的概念，單層板的正軸應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，柔度與剛度的定義，柔度、剛度與工程彈性常數(shù)的關(guān)系。單層板的偏軸剛度：應(yīng)力轉(zhuǎn)換和應(yīng)變轉(zhuǎn)換公式，單層板的偏軸下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系式，應(yīng)變-應(yīng)力關(guān)系式的確定，偏軸工程彈性常數(shù)與正軸彈性常數(shù)的轉(zhuǎn)換關(guān)系。單層板的強(qiáng)度：單層板的基本強(qiáng)度的概念，最大應(yīng)力準(zhǔn)則和最大應(yīng)變準(zhǔn)則公式，蔡-希爾（Tasi-Hill）強(qiáng)度準(zhǔn)則和霍夫曼（Hoffman）準(zhǔn)則強(qiáng)度條件，蔡-吳（Tsai-Wu）張量準(zhǔn)則，單層板強(qiáng)度的計算方法。3單層板的細(xì)觀力學(xué)細(xì)觀力學(xué)：復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)，復(fù)合材料宏觀力學(xué)的概念，材料力學(xué)方法，彈性力學(xué)方法、半經(jīng)驗(yàn)方法的概念。復(fù)合材料的密度和組分材料的含量：體積密度、質(zhì)量密度的定義及與組分材料含量的關(guān)系。復(fù)合材料彈性常數(shù)的預(yù)測：串聯(lián)模型的彈性常數(shù)，縱向彈性模量、橫向彈性模量、泊松比、面內(nèi)剪切彈性模量的計算，并聯(lián)模型的彈性常數(shù)，縱向彈性模量、橫向彈性模量、泊松比、面內(nèi)剪切彈性模量的計算，組合模型的彈性常數(shù)，蔡-韓（Tsai-Hahn）的修正公式。復(fù)合材料基本強(qiáng)度的預(yù)測：縱向拉伸強(qiáng)度、縱向壓縮強(qiáng)度的概念，正交織物的彈性常數(shù)和強(qiáng)度預(yù)測，顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的彈性模量與強(qiáng)度。短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的細(xì)觀力學(xué)分析：應(yīng)力傳遞理論的概念，單向短纖維復(fù)合材料的彈性模量和強(qiáng)度，隨機(jī)取向短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的彈性模量和強(qiáng)度，短纖維復(fù)合氈增強(qiáng)復(fù)合材料的彈性常數(shù)和強(qiáng)度。顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的彈性模量與強(qiáng)度：基本概念。濕、熱膨脹系數(shù)的細(xì)觀力學(xué)分析：縱向熱膨脹系數(shù)，橫向熱膨脹系數(shù)，縱向濕膨脹系數(shù)，橫向濕膨脹系數(shù)。4層合板的剛度與強(qiáng)度一般層合板的彈性特性：變形分析，層合板內(nèi)力的一般表達(dá)式，一般層合板的彈性特性。單層板的剛度：各向同性單層板，橫觀各向同性單層板，參考軸與主軸一致的正交異性單層板，參考軸與主軸不一致的正交異性單層板的剛度。層合板的剛度：各向同性層組成的對稱層合板，對稱正交鋪設(shè)層合板，規(guī)則對稱角鋪設(shè)層合板，反對稱層合板的剛度，平性移軸定理。層合板的強(qiáng)度：層合板各層的應(yīng)力-應(yīng)變分析，強(qiáng)度分析，考慮濕熱應(yīng)變的單層板應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系，考慮濕熱應(yīng)變的層合板內(nèi)力與應(yīng)變關(guān)系，層合板的濕熱應(yīng)變，層合板的殘余應(yīng)變和殘余應(yīng)力。（二）基本要求1正確理解下列基本概念和它們之間的內(nèi)在聯(lián)系：復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)層次，單層板，層合板，各向異性和非均質(zhì)性，可設(shè)計性、比強(qiáng)度、比模量，層間性能，正軸與偏軸，柔度與剛度，細(xì)觀力學(xué)方法， 2正確理解下列公式并能正確運(yùn)用：霍夫曼（Hoffman）準(zhǔn)則強(qiáng)度條件，蔡-吳（Tsai-Wu）張量準(zhǔn)則，單層板強(qiáng)度的計算方法，復(fù)合材料彈性常數(shù)的蔡-韓（Tsai-Hahn）的修正公式，一般層合板的內(nèi)力-應(yīng)變關(guān)系，層合板的強(qiáng)度計算。3牢固掌握下列公式：單層板的正軸應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，柔度、剛度與工程彈性常數(shù)的關(guān)系式，最大應(yīng)力準(zhǔn)則和最大應(yīng)變準(zhǔn)則公式，蔡-希爾（Tasi-Hill）強(qiáng)度準(zhǔn)則，混和法則，剛度系數(shù)的計算公式。4熟練運(yùn)用下列公式和方法：應(yīng)力轉(zhuǎn)換和應(yīng)變轉(zhuǎn)換公式，單層板的偏軸下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系式，應(yīng)變-應(yīng)力關(guān)系式的確定，偏軸工程彈性常數(shù)與正軸彈性常數(shù)的轉(zhuǎn)換關(guān)系，復(fù)合材料彈性常數(shù)的預(yù)測材料力學(xué)方法。 5.會運(yùn)用材料力學(xué)方法預(yù)測一些簡單復(fù)合材料的彈性常數(shù)，及進(jìn)行簡單的復(fù)合材料力學(xué)分析。（三）學(xué)時分配本課程的教學(xué)時數(shù)為32學(xué)時，課內(nèi)學(xué)時分配如下表： 教學(xué)環(huán)節(jié)課程內(nèi)容 學(xué)時講 課習(xí) 題 課小 計復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)22單層的正軸剛度22單層的偏軸剛度22單層的強(qiáng)度223剛度的材料力學(xué)方法22剛度的強(qiáng)性力學(xué)方法22強(qiáng)度的材料力學(xué)方法22短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的細(xì)觀力學(xué)22顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的彈性模量和強(qiáng)度22濕、熱膨脹系數(shù)的細(xì)觀力學(xué)分析22經(jīng)典層合理論22層合板剛度的特殊情況22層合板的強(qiáng)度223合 計26632（四）課程內(nèi)容的重點(diǎn)、難點(diǎn)1復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)重點(diǎn)：復(fù)合材料的可設(shè)計性, 復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)層次, 比強(qiáng)度、比模量的概念，復(fù)合材料模量、層間性能概念。難點(diǎn)：復(fù)合材料的各向異性和非均質(zhì)性概念。2單層的剛度與強(qiáng)度重點(diǎn)：正軸與偏軸的概念，單層板的正軸應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，柔度與剛度的定義，柔度、剛度與工程彈性常數(shù)的關(guān)系，最大應(yīng)力準(zhǔn)則和最大應(yīng)變準(zhǔn)則公式，蔡-希爾（Tasi-Hill）強(qiáng)度準(zhǔn)則和霍夫曼（Hoffman）準(zhǔn)則強(qiáng)度條件。難點(diǎn)：應(yīng)力轉(zhuǎn)換和應(yīng)變轉(zhuǎn)換公式，單層板的偏軸下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系式，應(yīng)變-應(yīng)力關(guān)系式的確定，偏軸工程彈性常數(shù)與正軸彈性常數(shù)的轉(zhuǎn)換關(guān)系，蔡-吳（Tsai-Wu）張量準(zhǔn)則，單層板強(qiáng)度的計算方法。3單層板的細(xì)觀力學(xué)重點(diǎn)：細(xì)觀力學(xué)，宏觀力學(xué)的概念，復(fù)合材料彈性常數(shù)預(yù)測的材料力學(xué)方法，彈性常數(shù)預(yù)測的蔡-韓（Tsai-Hahn）的修正公式，縱向拉伸強(qiáng)度、縱向壓縮強(qiáng)度的概念難點(diǎn)：復(fù)合材料彈性常數(shù)預(yù)測的彈性力學(xué)方法、半經(jīng)驗(yàn)方法的概念，顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的彈性模量與強(qiáng)度的概念與預(yù)測。4層合板的剛度與強(qiáng)度重點(diǎn)：一般層合板的變形分析，層合板內(nèi)力的一般表達(dá)式，一般層合板的彈性特性，各向同性單層板、橫觀各向同性單層板、參考軸與主軸一致的正交異性單層板，參考軸與主軸不一致的正交異性單層板的剛度的概念，各向同性層組成的對稱層合板，對稱正交鋪設(shè)層合板，規(guī)則對稱角鋪設(shè)層合板，反對稱層合板的剛度。難點(diǎn)：層合板各層的應(yīng)力-應(yīng)變分析，層合板的強(qiáng)度分析與計算等。三、課程改革與特色本門課程使用了多媒體教學(xué)，開設(shè)了復(fù)合材料性能實(shí)驗(yàn)課，進(jìn)行了計算機(jī)考試與筆試相結(jié)合的考試改革。四、推薦教材及參考書推薦教材：復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計，主編：王耀先，出版社：化學(xué)工業(yè)出版社，出版或修訂時間：2001年9月 參考書：復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)，主編：李順林、王興業(yè)，出版社：武漢工業(yè)大學(xué)出版社，出版或修訂時間：1993年復(fù)合材料力學(xué)基礎(chǔ)，主編：劉錫禮、王秉權(quán)，出版社