24410057复合材料力学大学高校课程教学大纲.docx

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1、复合材料力学MechanicsofCompositeMaterials课程代码：24410057学分：2学时：32（其中：课堂教学学时：30实验学时：2上机学时：0课程实践学时：0）先修课程：高等数学、理论力学、材料力学、弹性力学适用专业：工程力学教材：复合材料力学，沈观林编，清华大学出版社、2013年第2版开课学院：土木工程与力学学院课程网站：（选填）一、课程性质与课程目标（一）课程性质复合材料力学是以材料力学和弹性力学为基础，以实验为工具，系统阐述复合材料力学的基本理论和分析方法的一门课程，课程主要包括以层合板为代表的复合材料宏观力学的基本理论及复合材料细观力学基本理论和计算方法两大部分，

2、通过该课程的学习，使学生了解和掌握现代复合材料的力学的基本理论和计算分析方法及其在复合材料工程设计中的应用；该课程是对弹性力学和材料力学等课程的延续和拓宽，是学生掌握现代力学知识和进行结构设计的重要课程。（二）课程目标课程目标1：了解现代复合材料的力学性能及其在工程中的应用；掌握复合材料不同条件下的应力-应变关系。课程目标2：掌握复合材料力学在二维情况下的宏观和细观本构关系，掌握复合材料单向与多向层合板的刚度与强度分析、计算原理及方法；课程目标3：掌握复合材料的宏观性能和微观结构之间的关系，了解复合材料的各种破坏机理及破坏准则，并能正确地应用于复合材料层合板的弯曲、屈曲和振动分析中去；课程目标

3、4：学会根据结构的受力分析，正确地设计和选取复合材料，达到优化结构性能的目的。（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2、3、4、5、6,对应关系如下：1 .毕业要求2:了解力学的发展历史、学科前沿和发展趋势；认识力学在经济社会发展与科学技术创新中的先导性和重要推动作用，初步了解力学交叉研究开拓新的学科生长点的能力；2 .毕业要求3:掌握工程力学所需的数学、物理学等基本内容，了解机械工程、材料工程等相关领域的基础知识和挑战，初步具备从中提炼关键力学问题并利用基本力学思维和方法解决问题的能力；3 .毕业要求4：掌握力学基础知识和基本理论。掌握理论力学、材

4、料力学、弹性力学、振动力学，流体力学，计算力学和实验力学的理论体系，初步利用力学思维对自然和工程问题进行机理性和定量化的建模与描述，明确各种力学理论的适用范围与局限性；4 .毕业要求5：掌握基本的力学实验与数值计算技能。前者包括理论力学及材料力学等基础力学实验，结构健康监测和微纳米测试等方面的最新实验技术，后者要求具有使用数值模拟软件或编程计算典型工程力学案例的能力；5 .毕业要求6：初步掌握力学研究的基本方法和手段，具有初步的工程实践能力，初步具备发现、提出、分析和解决与力学有关的工程技术问题的能力。、一课程目标毕业要求指标屋、课程目标1课程目标2课程目标3课程目标4毕业要求2毕业要求3/毕

5、业要求4/毕业要求5Z/Z毕业要求6ZZZ注：课程目标与毕业要求指标点对接的单元格中可输入也可标注“H、M、L”。二、课程内容与教学要求（按章撰写）第一章复合材料概论（一）课程内容复合材料及其种类，复合材料的力学性能及其力学分析方法。（二）教学要求本章内容均为了解性内容。第二章各向异性弹性力学基础（一）课程内容2.1 各向异性弹性力学基本方程2.2 各向异性弹性体的应力-应变关系2.3 正交各向异性材料的工程弹性常数（二）教学要求课程内容2.1为对弹性力学内容的简单回顾，在本课程中要求了解，课程内容2.2要求理解。课程内容2.3工程弹性常数是复合材料力学的重要弹性性能，是本章的重点，而对于各向

6、异性材料,弹性常数之间的关系很复杂，因此也是本章的难点。第三章单层复合材料的宏观力学分析（一）课程内容3.1 平面应力下单层更合材料的应力-应变关系3. 2单层材料任意方向的应力-应变关系4. 3单层复合材料的强度5. 4正交各向异性单层材料的强度理论（二）教学要求课程内容3.L3.3要求理解，课程内容3.2、3.4要求掌握，课程内容3.2阐述了平面应力状态下任意方向上的应力-应变关系，是本课程的重点；其中转换矩阵在不同条件下具有的性质是本章的难点之一。课程内容3.4分析了正交各向异性单层材料的强度理论，是层合板强度分析的基础，因此是本章的另一重点，其中蔡-吴张量理论由于关系复杂是本章的另一难

7、点。第四章复合材料力学性能的实验测定（一）课程内容5.1 纤维和基体的力学性能测定5.2 单层板基本力学性能的实验测定（二）教学要求课程内容中：纤维力学性能测定、基体性能测定和单层板的拉伸试验是测定复合材料力学性能的重要手段，是本课程的重点，要求掌握；其它的实验方法要求理解，其中测定剪切模量实验，由于影响因素较多，在试样中产生纯剪切有一定困难，是本章的难点。第五章层合板刚度的宏观力学分析（一）课程内容5. 1引言6. 2层合板的刚度和柔度7. 3几种典型层合板的刚度计算8. 4层合板刚度的理论和实验比较（二）教学要求课程内容5.1介绍了层合板有关理论及其表示方法，要求了解；课程内容5.2系统分

8、析了层合板的刚度和柔度的计算公式，是本章的重点也是难点，要求掌握；课程内容5.3分析了几种特殊的层合板刚度计算方法及其特性，要求理解；课程内容5.4通过实例计算了层合板刚度，要求了解。第六章层合板强度的宏观力学分析（一）课程内容9. 1层合板强度概述10. 2层合板的应力分析10.3 合板的强度分析10.4 合板的层间应力分析（二）教学要求课程内容6.1介绍了层合板强度有关理论，要求了解；课程内容6.2分析了层合板的强度的计算公式，是本章的重点也是难点，要求掌握；课程内容6.3分析了特殊正交铺设层合板的刚度计算及其极限载荷，要求理解；课程内容6.4分析了层合板的层间应力计算，要求了解。第七章单

9、层复合材料的细观力学分析（一）课程内容7.1引言11. 2刚度的材料力学分析方法11.3 度的材料力学分析方法11.4 度的弹性力学分析方法（二）教学要求课程内容7.1介绍了单层板细观力学的有关理论，要求了解；课程内容7.2分析了单层板复合材料各种弹性常数的计算方法，是本章的重点也是难点，要求掌握；课程内容7.3单层板复合材料强度的计算公式，要求理解；课程内容7.4运用弹性力学理论分析了单层板复合材料刚度的计算公式，要求了解。第八章复合材料线性有效模量预测的近似方法（一）课程内容8. 1尺度和代表单元的概念12. 2细观力学过渡方法8.3本征应变问题8.4有效模量预测的近似方法（二）教学要求课

10、程内容8.1和8.2介绍了代表单元的概念及细观力学过渡方法，要求理解；课程内容8.3介绍了EShelby张量和等效夹杂理论，要求理解；课程内容8.4介绍了常见的预测有效模量的近似方法，要求掌握。第九章纳米复合材料（一）课程内容9.1微/纳米复合材料力学的分析方法9. 2表界面效应及描述方法9. 3纳米复合材料有效性质13. 4碳纳米管复合材料的界面破坏行为（二）教学要求1.了解表界面效应的定义及其对复合材料宏观性能影响。2.掌握微纳米复合材料力学的分析方法，了解纳米复合材料有效性质。为本章重点3.熟悉连续CNT复合材料的力学模型，掌握界面性能对复合材料横向性能的影响，非连续CNT排列方式对界面

11、破坏方式的影响，界面强度对CNT复合材料破坏方式的影响。第十章智能复合材料（一）课程内容10.1 生物/仿生复合材料的力学分析10. 2智能复合材料的种类及其应用10. 3几种基本组成材料的多场耦合行为10. 4力电磁相合介质的等效性能14. 5层状磁电复合材料的剪滞模型（二）教学要求1. 了解生物/仿生免合材料的概念，掌握生物/仿生复合材料的力学分析。2. 了解智能复合材料的概念，分类及应用，了解几种基本组成材料的多场耦合行为。3. 掌握力电磁耦合介质的等效性能，层状磁电复合材料的剪滞模型。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

12、践小计第一章绪论11讲授法1第一早33讲授法2第三章55讲授法2、3第四章224讲授法、讨论法2第五章55讲授法2、3第六章22讲授法2、3第七章44讲授法2、3第八章22讲授法、讨论法1、4第九章22讲授法、讨论法3、4第十章22讲授法1、4复习22讲授法合计30232注：L课程实践学时按相关专业培养计划列入表格；2.主要教学方法包括讲授法、讨论法、演示法、研究型教学方法（基于问题、项目、案例等教学方法）等。四、课程考核考核形式考核要求考核权重备注期末考试开卷80%平时作业不少于5次20%五、参考书目及学习资料（书名，主编，出版社，出版时间及版次）1 .复合材料力学，沈观林，胡更开编著，清华大学出版社，2013年第2版2 .复合材料细观力学，杜善义，王彪编著，科学出版社六、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）无制定人：吴卫国，韩同伟审定人：朱建国批准人：孙保苍2017年09月21日