复合材料结构设计基础
第5次开课
开课时间: 2025年02月17日 ~ 2025年07月17日
学时安排: 3-5小时每周
当前开课已结束 已有 239 人参加
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课程详情
课程评价(47)
spContent=《复合材料结构设计基础》课程是一次对数学知识、弹性力学、材料力学以及物理化学知识综合运用的一个综合体,此门课程蕴含了较多的工程推导和计算运用。通过,此类线上课程可以让学生能够反复复习其中的知识点,结合课本、文献能更深刻地理解理论计算过程,以及深度挖掘复合材料区别于单一材料的力学基础。希望线上课程的开设可以提高学生举一反三的能力,具备基本的设计思维和理念。
《复合材料结构设计基础》课程是一次对数学知识、弹性力学、材料力学以及物理化学知识综合运用的一个综合体,此门课程蕴含了较多的工程推导和计算运用。通过,此类线上课程可以让学生能够反复复习其中的知识点,结合课本、文献能更深刻地理解理论计算过程,以及深度挖掘复合材料区别于单一材料的力学基础。希望线上课程的开设可以提高学生举一反三的能力,具备基本的设计思维和理念。
—— 课程团队
课程概述

复合材料的特点是结构设计、工艺成型及后后期加工一体化,因此复合材料结构设计成为复合材料制品的第一道把关口。这也就意味着《复合材料结构设计基础》课程是复合材料专业的灵魂课程,重点课程,引领着复合材料成型及应用。

通过此门课程的学习, 能够提高学生对复合材料行业的认识水平,理解数学假设在复合材料设计中的重要性,让学生掌握基本的单层板、层合板性能的预测和力学性能特点;能够理论联系实际,能够利用计算机模拟软件,设计出具有一定需求的复合材料结构构件及工艺流程;从案例教学中挖掘知识点,讨论复合材料复杂工程主要要素之间的关系,设计研究路线、设计方案。

授课目标

结合学校办学定位建设一所具有国际影响力的高水平应用创新型大学和材料类专业认证ASciT-OBE理念,制定课程目标:

1)具有良好的设计伦理、职业道德、行业规范,并主动考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等制约因素,具有较强的团队协作能力;

2)掌握纤维增强复合材料单层板基本特征,能采用数学模型表达单层板中正轴、偏轴转化等,预测单层板性能用于比较分析;

3)正确理解纤维增强复合材料层合板理论,具有融合材料力学、弹性力学知识的能力,并能初步对层合板的性能进行论证和优化的能力;

4)具备国内外文献、企业行业调研的能力,能够利用工具进行设计和制备构件的能力,理解设计优势和缺点;

5)在项目、案例教学中,能通过项目报告、实践答辩清晰表达材料-结构-性质之间的构效关系,培养学生实践、创新能力。

课程大纲
课程介绍
课时目标:了解课程的基本情况、授课教师以及课程目标。
0 课程介绍
复合材料基本概况
课时目标:让学生了解复合材料的分类、发展及区别于单一材料的结构设计特点,理解复合材料力学各向异性对材料结构设计的影响。
1.1复合材料定义与分类
1.2复合材料的发展
1.3复合材料结构设计的特点
单层板的刚度与强度
课时目标:掌握单层板的柔量矩阵、模量矩阵的推导过程,理解各向异性的特点;理解偏轴-正轴转换公式的由来,掌握正轴-偏轴转换矩阵的运用;理解正轴、偏轴刚度的表示方法及工程弹性常数的物理意义;掌握如何利用测不准原理去判断复合材料工程弹性常数正确与否;掌握单层板的强度失效准则,并理解其优缺点;掌握强度比校核单层板。
2.1单层的正轴刚度
2.1.1单层板的正轴刚度推导
2.1.2单层的正轴刚度表示方式
2.2单层板的偏轴刚度
2.2.1单层的偏轴应力-应变转换
2.2.2单层的偏轴模量
2.2.3单层的偏轴柔量
2.2.4单层的偏轴工程弹性常数
2.3单层板的强度
2.3.1-2.3.4单层的基本强度及失效准则
2.3.5强度比计算失效
层合板的刚度与强度
课时目标:掌握经典层合板理论的内涵,掌握层合板的基本表示方法;理解对称层合板的面内力-应变关系、弯曲力矩和曲率的关系的由来;掌握几种典型层合板的刚度计算;理解层合板是单层本连续性法则的运用;掌握最先一层失效强度的定义及计算方法;理解层合板的工程弹性常数的基本物理意义。
3.1对称层合板的面内刚度
3.1.1层合板的表示法
3.1.2面内力与面内应变关系
3.1.3-3.1.4对称层合板的面内工程弹性常数及刚度系数
3.1.5几种典型层合板的面内刚度
3.1.6对称层合板的面内刚度的转换
3.2对称层合板的弯曲刚度
3.2.1对称层合板的弯曲力矩与曲率关系式
3.2.2弯曲工程弹性常数
3.2.3弯曲刚度系数计算
3.3一般层合板的刚度
3.3.1一般层合板的内力-应变关系
3.3.2一般层合板的工程弹性常数
3.3.3一般层合板的刚度系数计算
3.3.4两种非对称层合板的刚度
3.3.5平行轴定理
3.4层合板的强度及计算案例
复合材料结构分析基本问题
课时目标:理解复合材料力学弹性力学、工程力学、材料力学为基础;掌握弹性力学基础的三个基本假设;理解复合材料结构分析基本问题;理解复合材料在受到单一力作用下的结构分析。
4.0弹性力学基础
4.1复合材料结构分析基本问题
4.2-4.3复合材料受拉直杆分析
4.4纯剪作用下复合材料构件分析
复合材料连接
课时目标:理解复合材料连接对复合材料整体结构设计的影响;掌握复合材料接头效率;理解复合材料胶接连接、机械连接的优缺点以及选择依据;学会胶接连接设计和机械连接设计的基本内容。
5.1复合材料连接方式
5.2胶接连接
5.2.1胶接连接分析
5.2.2胶接连接设计
5.3机械连接
5.3.1机械连接分析
5.3.2机械连接设计
复合材料结构设计基础
课时目标:掌握单层板弹性常数的推导和计算过程;理解各向异性在单层板弹性常数、基本强度预测与计算过程中的应用;理解复合材料结构设计是材料设计、结构设计、工艺设计一体化;掌握铺层基本原则以及注意事项。
6.1概述(结构设计内容)
6.2材料设计
6.3单层板细观力学分析
6.3.1-6.3.2假设及相含量
6.3.3单层板弹性常数预测
6.3.4单层板基本强度的预测
展开全部
预备知识


由于本门课程涉及大量的公式推导和基本的应用,需要的基本预备知识主要涵盖:

  1. 高等数学,能够为矩阵、逆矩阵的计算,极值运算,储备基础知识;
  2. 力学基本知识-包括工程力学、材料力学、结构力学,主要是进行力学基本概念、定义以及基本假设运用在复合材料力学中;

  3.复合材料概论-包括复合材料原理、表面界面,主要是通过对复合材料的充分了解,实现对复合材料结构设计中关键问题的评估。

证书要求

为积极响应国家低碳环保政策, 2021年秋季学期开始,中国大学MOOC平台将取消纸质版的认证证书,仅提供电子版的认证证书服务,证书申请方式和流程不变。

 

电子版认证证书支持查询验证,可通过扫描证书上的二维码进行有效性查询,或者访问 https://www.icourse163.org/verify,通过证书编号进行查询。学生可在“个人中心-证书-查看证书”页面自行下载、打印电子版认证证书。

 

完成课程教学内容学习和考核,成绩达到课程考核标准的学生(每门课程的考核标准不同,详见课程内的评分标准),具备申请认证证书资格,可在证书申请开放期间(以申请页面显示的时间为准),完成在线付费申请。

 

认证证书申请注意事项:

1. 根据国家相关法律法规要求,认证证书申请时要求进行实名认证,请保证所提交的实名认证信息真实完整有效。

2. 完成实名认证并支付后,系统将自动生成并发送电子版认证证书。电子版认证证书生成后不支持退费。


参考资料

    

主编

出版社

出版时间

复合材料力学与结构设计

王耀先

华东理工大学出版社

2019.1

复合材料力学

陈建桥

华中科技大学出版社

2020.12

复合材料结构设计基础

李顺林

武汉理工大学出版社

2013.1

复合材料力学

沈观林

清华大学出版社

2013.10

复合材料结构设计

杜善义

中国铁道出版社有限公司

2021.3

复合材料实验(应用型)

张娜

上海交通大学出版社

2020.12


常见问题
  1. Q :  这门课程中涉及很多的数学知识、力学知识,如何进行系统学习?
  2. A :  有兴趣的同学可以通过线上的其他的课程进行融会贯通,各类知识整合后进行学习;比如有些同学对于矩阵、对于边界等认识不清,可能会造成一定的困扰,需要同学们自行学习或者在讨论板块与老师进行沟通。
  3. Q :  此们课程中涉及较多的公式推导和数学运算,需要掌握到哪些程度?
  4. A :  由基体和增强相来预测单层板的刚度模型以及推导过程需要各位同学掌握;单层板的柔量、模量矩阵需要各位同学自行学会推导,这是本课程的最基础内容;单层板中的偏轴-正轴转换矩阵需要各位同学掌握,并可自行推导;层合板中的各类换算、三角函数换算等,可自行根据情况进行学习。
  5. Q :  复合材料结构设计基础中所涉及的假设理论较多,容易混淆,如何去学习?
  6. A :  最基本的理论为弹性力学的三大基本理论,以及经典层合板理论;需要同学们在记忆假设理论过程中,还是要把理论揉入到各类公式表达中,才能更好的理解。另外,有很多的力学知识,如有想在结构设计中深入学习得同学,需要工程力学、结构力学、弹性力学等知识进行汇总来看。
  7. Q :  课程学习的意义?
  8. A :  此课程是复合材料区别于其他单一材料的特色课程,能深刻说明复合材料在设计过程中的材料、结构与工艺设计的一体化。可以以课程群的内涵去学习,理解更加透彻,可与《复合材料原理》、《复合材料结构设计课程设计》、《复合材料综合实验》、《复合材料工艺与设备》、《复合材料工艺设计》,多方面理解设计对复合材料应用的基本前提。
  9. Q:如何了解行业企业的技术前沿?
  10. A:通过展览会、国内外学术调研跟进最新的复合材料相关的进展,并能根据需求进行汇总总结,并在线下课堂开展调研分析报告和ppt答辩等。
  11. Q:如何了解复合材料结构设计构件等参赛事宜?
  12. A:请跟进相关指导学科竞赛的老师,会在每年年底发布基本的通知,同学根据自己理论联系实际的能力在课内实验部分进行设计并进行参赛。
  13. Q:复合材料国之重器等中的应用如何?
  14. A:希望同学们能够在调研大飞机等中的复合材料的发展历程,并能理解复合材料结构设计在应用中一体成型的作用。
  15. Q:教学团队中有国家重点研发计划首席科学家,是否会亲自指导?
  16. A:国家重点研发首席科学家房永征教授会与大家分享关于国家重大重点工程的实施过程,并指导学生在上海市工程技术研究中心进行实践重点研发计划。
上海应用技术大学
4 位授课老师
张娜

张娜

小猪嘟嘟2020

房永征

房永征

教授

王晓瑞

王晓瑞

高级实验师

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