1、復合材料結構設計Structural Design of Composites課程代碼：07410097學分：2學時：32 (其中：課堂教學學時：32 實驗學時：上機學時：課程實踐學時：)先修課程：材料科學與工程導論，復合材料原理，材料力學性能，工程力學適用專業：材料科學與工程各專業教材：復合材料力學與結構設計，王耀先，華東理工大學出版社，2012年第一版一、課程性質與課程目標(-)課程性質復合材料在航空、航天、建筑、化工、汽車和造船等部門的應用日益廣泛。當前人類已從合成 材料時代進入復合材料時代，但要合成一種新材料使之滿足各種高要求的綜合技術指標非常困難， 同時即時研制出來某種滿意的材料，從

2、實驗室到工業生產的周期也很長。如果把現有的材料通過科 學合理的設計復合起來那么容易滿足要求。通過本課程的學習，可使學生了解復合材料結構設計知識, 以滿足復合材料的迅速開展和廣泛應用的需要。(-)課程目標課程目標1:掌握單層板的偏軸剛度計算中應力轉換和應變轉換，偏軸模量和柔量、工程彈 性常數的計算。單層板的基本強度、最大應力準那么和最大應變準那么，蔡-希爾強度準那么和霍夫曼準那么, 蔡-吳張量準那么和單層板強度的計算方法。課程目標2：掌握層合板的表示法；面內的內力和面內應變的關系，以及對稱層合板的面內 工程彈性常數，面內剛度系數的計算；幾種典型對稱層合板的面內剛度計算。了解對稱層合板面內 剛度的

3、轉換。掌握對稱層合板的彎曲力矩與曲率的關系；彎曲工程彈性常數以及剛度系數的計算。 了解幾種典型對稱層合板的彎曲強度的計算。對一般層合板的內力一應變關系、工程彈性常數的求 解、剛度系數的計算要能了解。掌握層合板的強度計算方法和濕熱效應對強度的影響。在學習各向 異性體彈性力學基本方程的基礎上，掌握彈性力學問題的一般解法，并能對不同載荷條件下的桿，梁，夾層，板，殼體結構進行分析。課程目標3： 了解復合材料結構設計過程，確定設計條件。在材料設計過程中，能了解原材 料的選擇原那么，及其對復合材料性能的可能影響。掌握復合材料結構設計的一般原那么，結構設計時 應考慮的工藝性要求，許用值與平安系數確實定。了解

4、典型結構件的設計準那么，結構形式的選擇和 其他應考慮的因素。（三）課程目標與專業畢業要求指標點的對應關系本課程支撐專業培養計劃中畢業要求指標點1-4. 5-2和6-3。.畢業要求1-4：掌握復合材料專業知識，能夠用于復雜工程問題的分析和求解。.畢業要求5-2：能夠開發、選擇與使用恰當的技術、資源、現代工程工具解決復合材料 與工程領域的復雜工程問題。.畢業要求6-3：能正確認識和評價復合材料與工程領域新技術、新工藝、新裝備的開發 和應用對于社會、健康、平安、法律以及文化的影響，并理解應承當的責任。課程目標畢業要求指標課程目標1課程目標2課程目標3畢業要求1-4畢業要求5-2畢業要求6-3二、課程

5、內容與教學要求第一章緒論（-）課程內容講解復合材料的命名、分類、構造及特點，進而講解復合材料的優缺點。（1）復合材料的開展簡史；（2）復合材料的分類；（3）復合材料及其結構設計的特點。（二）教學要求掌握、了解。（三）重點與難點.重點掌握復合材料的優缺點。.難點了解復合材料的分類。第二章單層板的剛度和強度（一）課程內容教學內容：單層板的正軸剛度、偏軸剛度和強度的計算方法。掌握單層板的偏軸剛度計算中應 力轉換和應變轉換，偏軸模量和柔量、工程彈性常數的計算。單層板的基本強度、最大應力準那么和 最大應變準那么，蔡-希爾強度準那么和霍夫曼準那么，蔡-吳張量準那么和單層板強度的計算方法。（二）教學要求理解

6、。（三）重點與難點.重點掌握單層板的偏軸剛度計算中應力轉換和應變轉換。.難點了解模量分量和柔量分量的區別。第三章單層板的細觀力學（-）課程內容教學內容：復合材料的密度和組分材料的含量；單向連續纖維增強復合材料彈性常熟的預測； 單向連續纖維增強復合材料單層基本強度的預測；正交織物復合材料彈性常熟和強度預測；短纖維 增強復合材料的細觀力學分析；顆粒增強復合材料的彈性模量和強度；濕、熱膨脹系數的細觀力學 分析。掌握單向連續纖維增強復合材料串連和并聯模型的彈性常數的計算，了解植村-山脅的經驗公 式，組合模型的彈性常數的計算公式，蔡-韓的修正公式，哈爾平-蔡的半經驗公式。能進行該材料 單層的縱向拉伸強度

7、和壓縮強度的計算。掌握縱向和橫向熱、濕膨脹系數的計算。（二）教學要求掌握、理解。（三）重點與難點.重點掌握單向連續纖維增強復合材料串連和并聯模型的彈性常數的計算。.難點了解材料單層的縱向拉伸強度和壓縮強度的計算。第四章層合板的剛度和強度（一）課程內容教學內容：對稱層合板的面內剛度；對稱層合板的彎曲強度；一般層合板的剛度；層合板的強 度；濕熱效應等。掌握層合板的表示法；面內的內力和面內應變的關系，以及對稱層合板的面內工程彈性常數， 面內剛度系數的計算；幾種典型對稱層合板的面內剛度計算。了解對稱層合板面內剛度的轉換。掌 握對稱層合板的彎曲力矩與曲率的關系；彎曲工程彈性常數以及剛度系數的計算。了解幾

8、種典型對 稱層合板的彎曲強度的計算。對一般層合板的內力一應變關系、工程彈性常數的求解、剛度系數的 計算要能了解。掌握層合板的強度計算方法和濕熱效應對強度的影響。（二）教學要求掌握、理解。（三）重點與難點.重點掌握層合板的表示法；面內的內力和面內應變的關系，以及對稱層合板的面內工程彈性 常數，面內剛度系數的計算；兒種典型對稱層合板的面內剛度計算。.難點了解對稱層合板面內剛度的轉換。第五章復合材料結構分析（-）課程內容教學內容：復合材料結構分析的基本問題；復合材料梁；夾層結構分析；復合材料板的彎曲分 析；復合材料殼體分析。在學習各向異性體彈性力學基本方程的基礎上，掌握彈性力學問題的一般解法，并能對

9、不同載 荷條件下的桿，梁，夾層，板，殼體結構進行分析。（二）教學要求掌握、理解。（三）重點與難點.重點掌握彈性力學問題的一般解法。難點了解不同載荷條件下的桿，梁，夾層，板，殼體結構分析。第六章復合材料連接設計（-）課程內容教學內容：復合材料連接方式；機械連接設計；膠接連接設計。掌握膠接與機械連接的比擬，了解接頭效率的表示方法。對膠接連接和機械連接接頭能進行分 析和設計。（二）教學要求了解。（三）重點與難點（假設不單獨列出，需在教學要求中適當注明）重點掌握膠接與機械連接的比擬。難點了解接頭效率的表示方法。第七章復合材料結構設計基礎（-）課程內容教學內容：復合材料結構設計過程，材料設計，結構設計。

10、了解復合材料結構設計過程，確定設計條件。在材料設計過程中，能了解原材料的選擇原那么， 及其對復合材料性能的可能影響。掌握復合材料結構設計的一般原那么，結構設計時應考慮的工藝性 要求，許用值與平安系數確實定。了解典型結構件的設計準那么，結構形式的選擇和其他應考慮的因 素。（二）教學要求了解。（三）重點與難點重點掌握復合材料結構設計的一般原那么。難點了解復合材料結構設計過程，確定設計條件。三、學時分配及教學方法章（按序填寫）教學形式及學時分配主要教學方 法支撐的課程 目標課堂 教學實 驗上機課程 實踐小 計一、緒論22講授法1二、單層板的剛度和強度44講授法1三、單層板的細觀力學44講授法1四、層合板的剛度與強度66講授法2五、復合材料結構分析88講授法2六、復合材料連接設計44講授法3七、復合材料結構設計基礎44講授法3合計3232四、課程考核考核形式考核要求考核權重備注課堂表現課堂表現20%考試開卷80%五、參考書目及