《計(jì)算機(jī)在復(fù)合材料學(xué)中的應(yīng)用》教學(xué)大綱

課程編號(hào)：B03081500

課程名稱：計(jì)算機(jī)在復(fù)合材料學(xué)中的應(yīng)用

英文名稱:ApplicationofCADincomposites

課程性質(zhì)：專業(yè)選修

學(xué)時(shí)/學(xué)分：32/2

考核方式；閉卷考試和平時(shí)成績(jī)相結(jié)合，以閉卷考試成績(jī)?yōu)橹鳌?/p>

選用教材：《計(jì)算機(jī)在復(fù)合材料學(xué)中的應(yīng)用》講義，青島科技大學(xué)，201lo

先修課程：復(fù)合材料學(xué)、工程力學(xué)B、高分子材料流變學(xué)、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

后續(xù)課程：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）

適用專業(yè)及層次：復(fù)合材料與工程專業(yè)，本科

一、課程目標(biāo)

通過本課程的系統(tǒng)講述計(jì)算機(jī)在復(fù)合材料學(xué)中的應(yīng)用方面的理論知識(shí)，使學(xué)生具備下列能

力：

1.能夠準(zhǔn)確理解有限元中涉及的基本概念，原理，求解方法，以便解決復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的工

程問題；

2.能夠運(yùn)用所學(xué)的有限元理論知識(shí)，進(jìn)行簡(jiǎn)單復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的分析計(jì)算，提高學(xué)生解決實(shí)際工程

問題和綜合分析問題的能力，培養(yǎng)工程創(chuàng)新能力；

3.能夠把握復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和成型加工中的涉及的控制方程，木構(gòu)方程，便于計(jì)算復(fù)合材料成

型加工中的仿真問題；

4.能夠利用講述的有關(guān)有限元軟件的知識(shí)，了解有限元軟件在復(fù)合材料中的應(yīng)用；

5.能夠利用所講述的有關(guān)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和微觀分析特點(diǎn)，運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)手段：CAD/CAE進(jìn)行設(shè)

計(jì)或分析；了解更合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和加工仿真的前沿動(dòng)向。

二、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求的對(duì)應(yīng)關(guān)系

畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)

1-4能將工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)用于課程目標(biāo)1

解決復(fù)合材料制造和應(yīng)用及相關(guān)領(lǐng)域課程目標(biāo)3

1.工程知識(shí)

的復(fù)雜工程問題。課程目標(biāo)2

課程目標(biāo)5

4.問題分析4-1能根據(jù)復(fù)雜工程應(yīng)用的需要，對(duì)課程目標(biāo)2

復(fù)合材料組成、組織結(jié)構(gòu)、性能及其課程目標(biāo)5

相互關(guān)系進(jìn)行研究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

5.使用現(xiàn)代工具5-1具有計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力：能使用專課程目標(biāo)2

業(yè)軟件對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析、模課程F1標(biāo)5

擬和優(yōu)化。

三、教學(xué)基本內(nèi)容

第一章：緒論（支撐課程目標(biāo)2、4、5）

一、計(jì)算機(jī)在復(fù)合材料中的應(yīng)用概述

二、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法進(jìn)展

第二章：復(fù)合材料力學(xué)概述（支撐課程目標(biāo)1、2、3）

一、亞合材料力學(xué)中的基本概念

二、復(fù)合材料力學(xué)基礎(chǔ)

I.復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)

2.復(fù)合材料宏觀力學(xué)

3.各向異性彈性力學(xué)基礎(chǔ)

4.單層復(fù)合材料的宏觀力學(xué)分析

三、復(fù)合材料強(qiáng)度理論與破壞準(zhǔn)則

I.蔡一希爾理論

2.霍夫曼理論

3.蔡一吳張量理論

要求學(xué)生：掌握復(fù)合材料力學(xué)中的基本概念；了解復(fù)合材料強(qiáng)度理論與破壞準(zhǔn)則。

第三章：有限元方法概述（支撐課程目標(biāo)1、2、4）

第一節(jié)有限元方法的基本概念

第二節(jié)有限元方法的原理

一、位移法

二、能量原理

第三節(jié)有限元法的求解步驟

一、單元離散、分析和單元?jiǎng)偠染仃?/p>

1.幾何模型建立與單元分析

2.單元類型與位移模式

3.單元?jiǎng)偠染仃?/p>

4.本構(gòu)關(guān)系與彈性矩陣

二、整體分析和整體剛度矩陣

1.邊界條件和初始條件

2.等效載荷

3.整體剛度矩陣

4.整體剛度矩陣的特點(diǎn)

三、矩陣求解方法簡(jiǎn)介

1.大型稀疏矩陣的存儲(chǔ)方法

2.常用的矩陣求解方法

第四節(jié)常用有限元軟件介紹

一、MSC.MARC軟釁在復(fù)合材料學(xué)中的應(yīng)用

1.在狂合材料結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用

2.在復(fù)合材料設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.在復(fù)合材料制品成型加工中的應(yīng)用

二、ABAQUS軟件在復(fù)合材料學(xué)中的應(yīng)用

1.在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用

2.在復(fù)合材料設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.在復(fù)合材料制品成型加工中的應(yīng)用

要求學(xué)生：掌握有限元概念和原理，有限元的求解步驟；了解利用商業(yè)化軟件進(jìn)行復(fù)合材

料結(jié)構(gòu)分析的步驟和方法。

第四章：典型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的有限元分析（支撐課程目標(biāo)1、4、5）

第一節(jié)輪胎制品

1.輪胎有限元分析簡(jiǎn)介

2.幾何非線性

3.材料非線性

4.接觸非線性

5.輪胎幾何模型建立

6.輪胎材料模型建立

7.初、邊值條件

8.數(shù)值計(jì)算參數(shù)設(shè)定與求解

第二節(jié)金屬增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的分析

1.橡膠減振件的有限元分析

2.橡膠密封件的有限元分析

要求學(xué)生：掌握輪胎有限元涉及的非線性問題，如何解決。了解橡膠減震器等復(fù)合材料結(jié)

構(gòu)的分析過程。

第五章：短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的成型過程分析（支撐課程目標(biāo)1、3、5）

1.聚合物流變學(xué)方程

2.控制方程的離散方法

3.數(shù)值求解方法

要求學(xué)生：掌握復(fù)合材料成型加工中涉及的控制方程；了解控制方程的離散方法和求解方

法。

第六章：復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的微觀分析（支撐課程目標(biāo)2、3、5）

1.CAD在復(fù)合材料設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.復(fù)合材料破壞和失效的微觀分析

要求學(xué)生：掌握計(jì)算機(jī)在復(fù)合材料設(shè)計(jì)中應(yīng)用領(lǐng)域，合理選取軟件；了解復(fù)合材料破壞和

失效的微觀分析方法和表征。

四、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)

第一章：緒論（支撐課程目標(biāo)2、4、5）

教學(xué)重點(diǎn)：計(jì)算機(jī)在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用領(lǐng)域、意義

教學(xué)難點(diǎn)：現(xiàn)在設(shè)計(jì)手段CAD/CAE如何在復(fù)合材料口應(yīng)用？

第二章：復(fù)合材料力學(xué)概述（支撐課程目標(biāo)1、2、3）

教學(xué)重點(diǎn)：應(yīng)力和應(yīng)變的概念，幾何方程，本構(gòu)方程，單層復(fù)合材料的宏觀力學(xué)性能參數(shù)

計(jì)算公式，復(fù)合材料強(qiáng)度理論與破壞準(zhǔn)則

教學(xué)難點(diǎn)：如何利用兔合材料強(qiáng)度理論與破壞準(zhǔn)則評(píng)判結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和失效？

第三章：有限元方法概述（支撐課程目標(biāo)1、2、4）

教學(xué)重點(diǎn)：有限元概念及其原理，有限元方法的求解步驟

教學(xué)難點(diǎn)：有限元中的單元?jiǎng)偠染仃嚕w剛度矩陣，形函數(shù)的幾何意義

第四章：典型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的有限元分析（支撐課程目標(biāo)1、4、5）

教學(xué)重點(diǎn)：輪胎有限元分析的難點(diǎn)，如何根據(jù)輪胎分布圖建立合理的網(wǎng)格模型？如何施加輪

胎材料的參數(shù)？

教學(xué)難點(diǎn)：輪胎有限元分析時(shí)，模型的合理等效，初始、邊界條件的施加，接觸參數(shù)的確定

第五章：短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的成型過程分析（支撐課程目標(biāo)1、3、5）

教學(xué)重點(diǎn)：聚合物流變學(xué)方程的意義，如何進(jìn)行控制方程的離散？

教學(xué)難點(diǎn)：數(shù)值求解方法有哪些，如何應(yīng)用？

第六章：復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的微觀分析（支撐課程目標(biāo)2、3、5）

教學(xué)重點(diǎn)：復(fù)合材料破壞的機(jī)理分析和表征

教學(xué)難點(diǎn)：結(jié)合復(fù)合材料強(qiáng)度理論和破壞準(zhǔn)則，如何對(duì)復(fù)合材料破壞和失效進(jìn)行微觀分析？

五、教學(xué)建議進(jìn)度（學(xué)時(shí)數(shù)32）

第一章緒論（學(xué)時(shí)數(shù)2）

第二章復(fù)合材料力學(xué)概述（學(xué)時(shí)數(shù)8）

第三章有限元方法概述（學(xué)時(shí)數(shù)8）

第四章典型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的有限元分析（學(xué)時(shí)數(shù)6）

第五章短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的成型過程分析（學(xué)時(shí)數(shù)4）

第六章復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的微觀分析（學(xué)時(shí)數(shù)4）

課內(nèi)外時(shí)間比例為1:1-1.5

六、教學(xué)方法

1.多媒體教學(xué)與板書相結(jié)合

2.典型應(yīng)用實(shí)例講解

3.國(guó)內(nèi)參考教材為主，國(guó)外專著補(bǔ)充

4.教學(xué)與科研相結(jié)合

七、考核方式

閉卷考試，課外作業(yè)，平時(shí)測(cè)驗(yàn)，報(bào)告

八、成績(jī)?cè)u(píng)定方法

筆試，考試成績(jī)占70%,課外作業(yè)，平時(shí)測(cè)驗(yàn)，報(bào)告占30%。

九、教學(xué)參考書

1.《復(fù)合材料力學(xué)》沈觀林，胡更開編著