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復(fù)合材料力學(xué)教學(xué)大綱課程編號(hào) :課程名稱 :復(fù)合材料力學(xué)/ Mechanics of Composite Materials學(xué)時(shí)/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(kāi)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(guò)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(shí),為復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、復(fù)合材料產(chǎn)品設(shè)計(jì)奠定理論基礎(chǔ)。在傳授復(fù)合材料力學(xué)知識(shí)的同時(shí),要通過(guò)各個(gè)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(jì)性的特點(diǎn),初步掌握復(fù)合材料設(shè)計(jì)的基本原理和綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)去分析和進(jìn)行復(fù)合材料設(shè)計(jì)的能力。 二、課程的教學(xué)內(nèi)容、基本要求及學(xué)時(shí)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(jì)、層合板設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)性、材料與結(jié)構(gòu)的同一性、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括材料設(shè)計(jì)、材料性能對(duì)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:?jiǎn)螌影宓幕緩?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(jì)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(cè):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(jì)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(jì)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(cè):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(cè),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(duì)稱層合板,對(duì)稱正交鋪設(shè)層合板,規(guī)則對(duì)稱角鋪設(shè)層合板,反對(duì)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(jì)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(jì)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(jì)算。3牢固掌握下列公式:?jiǎn)螌影宓恼S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(jì)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(cè)材料力學(xué)方法。 5.會(huì)運(yùn)用材料力學(xué)方法預(yù)測(cè)一些簡(jiǎn)單復(fù)合材料的彈性常數(shù),及進(jìn)行簡(jiǎn)單的復(fù)合材料力學(xué)分析。(三)學(xué)時(shí)分配本課程的教學(xué)時(shí)數(shù)為32學(xué)時(shí),課內(nèi)學(xué)時(shí)分配如下表: 教學(xué)環(huán)節(jié)課程內(nèi)容 學(xué)時(shí)講 課習(xí) 題 課小 計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(cè)的材料力學(xué)方法,彈性常數(shù)預(yù)測(cè)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(cè)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(cè)。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(duì)稱層合板,對(duì)稱正交鋪設(shè)層合板,規(guī)則對(duì)稱角鋪設(shè)層合板,反對(duì)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(jì)算等。三、課程改革與特色本門課程使用了多媒體教學(xué),開(kāi)設(shè)了復(fù)合材料性能實(shí)驗(yàn)課,進(jìn)行了計(jì)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(jì),主編:王耀先,出版社:化學(xué)工業(yè)出版社,出版或修訂時(shí)間:2001年9月 參考書:復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shí)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
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