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SPOC学校专有课程
复合材料力学
第2次开课
开课时间: 2025年02月23日 ~ 2025年06月10日
学时安排: 3-5小时每周
当前开课已结束 已有 63 人参加
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spContent=《复合材料力学》课程是工程力学专业一门重要的专业选修课程;其先修课程是高等数学、材料力学和弹性力学;适用工程力学专业。主要内容包括:复合材料的基本知识和工程应用、各向异性弹性力学基础、单层复合材料的宏观力学分析、复合材料力学性能的实验测定、层合板刚度的宏观力学分析、层合板强度的宏观力学分析、单层复合材料的细观力学分析、复合材料计算研究方法等。通过本课程的学习,使学生了解复合材料的基本知识和应用背景,掌握传统层合复合材料的力学基础、宏观力学和细观力学分析的基本理论、分析方法和结果,了解复合材料的疲劳、断裂、蠕变和连接等前沿科学问题的基本知识,对现代新型复合材料的应用背景和分析方法有初步的认识,为今后继续学习与复合材料力学相关的其他课程,或从事复合材料力学性能方向的研究工作,打下良好的基础。
《复合材料力学》课程是工程力学专业一门重要的专业选修课程;其先修课程是高等数学、材料力学和弹性力学;适用工程力学专业。主要内容包括:复合材料的基本知识和工程应用、各向异性弹性力学基础、单层复合材料的宏观力学分析、复合材料力学性能的实验测定、层合板刚度的宏观力学分析、层合板强度的宏观力学分析、单层复合材料的细观力学分析、复合材料计算研究方法等。通过本课程的学习,使学生了解复合材料的基本知识和应用背景,掌握传统层合复合材料的力学基础、宏观力学和细观力学分析的基本理论、分析方法和结果,了解复合材料的疲劳、断裂、蠕变和连接等前沿科学问题的基本知识,对现代新型复合材料的应用背景和分析方法有初步的认识,为今后继续学习与复合材料力学相关的其他课程,或从事复合材料力学性能方向的研究工作,打下良好的基础。
—— 课程团队
课程概述

        通过本课程的学习,使学生了解复合材料的力学性能及其在工程中的应用、掌握各向异性材料的弹性应力-应变关系、单层板的刚度和强度分析、单层板的细观力学分析、层合板的刚度和强度分析等知识。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。要求学生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,初步掌握复合材料设计的基本原理,培养综合运用所学知识去分析和进行复合材料设计的能力。培养学生的爱国主义情怀、顽强拼搏精神和发展创新能力。

授课目标

课程目标G1

使学生了解复合材料的力学性能及其在工程中的应用、掌握各向异性材料的弹性应力-应变关系、单层板的刚度和强度分析、单层板的细观力学分析、层合板的刚度和强度分析等知识。

课程目标G2

使学生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。

课程目标G3

使学生具有利用工程力学实验方法和技术进行相关测试的初步能力

课程目标G4

培养学生的爱国主义情怀、顽强拼搏精神和发展创新能力(课程思政教学目标

成绩 要求

课程大纲
复合材料概论
课时目标:1. 熟悉复合材料的概念、要素及分类;2. 了解复合材料的构造及制法;3. 熟悉比强度、比模量等力学性能的概念;4. 了解复合材料的力学分析方法;5. 了解复合材料发展历史及在工程中的应用。
1.1 复合材料的概念及实例
1.2 复合材料的要素及分类
1.3 复合材料的构造及制法
1.4 复合材料的力学分析方法及力学性能
1.5 复合材料的应用(一)—国防、航空航天领域中的应用
1.6 复合材料的应用(二)—民用领域中的应用
各向异性弹性力学基础
课时目标:1. 了解三维各向异性体的弹性力学基本方程;2. 熟悉三维各向异性体的应力-应变关系;3. 熟悉完全各向异性材料、单斜体、正交各向异性材料、横观各向同性材料和各向同性材料的本构关系;4. 理解正交各向异性材料工程弹性常数的物理意义,掌握麦克斯韦定理。
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
单层复合材料的宏观力学分析
课时目标:1. 掌握单层板主方向的应力-应变关系;2. 掌握单层板任意方向的应力-应变关系;3. 熟悉正交正交各向异性单层板强度特性;4. 掌握正交各向异性单层材料的强度理论。
3.1 单层复合材料主方向的应力-应变关系
3.2 单层复合材料任意方向的应力-应变关系
3.3 单层复合材料的偏轴工程弹性常数
3.4 单层复合材料的强度
3.5 正交各向异性单层材料的强度理论(一)—最大应力和最大应变理论
3.6 正交各向异性单层材料的强度理论(二)—Hill-蔡、Hoffman理论
3.7 正交各向异性单层材料的强度理论(三)— 蔡-吴张量强度理论
复合材料力学性能的实验测定
课时目标:1.了解纤维和基体力学性能的测试方法;2. 掌握单层板纵向和横向拉伸与压缩性能的实验测试方法;3. 掌握单层板面内剪切性能的实验测试方法。
4.1 纤维和基体的力学性能测定
4.2 单层板基本力学性能的实验测定(一)—拉伸与压缩
4.3 单层板基本力学性能的实验测定(二)—面内剪切
层合板刚度的宏观力学分析
课时目标:1. 熟悉层合板的定义、特性和表示方式;2. 熟悉层合板的应力-应变关系;3. 掌握层合板刚度的概念;4. 熟悉几种典型层合板的刚度计算;5. 了解层合板柔度的概念;6. 掌握层合板刚度、柔度的理论分析方法;7. 了解层合板刚度的实验分析方法。
5.1 层合板的特性与标记
5.2 层合板的应变与应力
5.3 层合板的刚度和柔度
5.4 几种典型层合板的刚度特性(一)—单层板
5.5 几种典型层合板的刚度特性(二)—对称层合板
5.6 几种典型层合板的刚度特性(三)—反对称层合板
5.7 层合板刚度的理论分析和实验验证
层合板强度的宏观力学分析
课时目标:1. 了解层合板的破坏过程;2. 掌握层合板各单层应力的计算方法;3. 掌握正交对称铺设层合板极限载荷的求解步骤;4. 了解角铺设对称层合板及其它层合板的强度分析过程;5. 了解层间应力与边缘效应。
6.1 层合板强度概述
6.2 层合板的应力分析
6.3 正交铺设层合板的强度分析
6.4 角铺设层合板的强度分析
6.5 层合板的层间应力分析
单层复合材料的细观力学分析
课时目标:1. 了解细观力学分析目的、基本假设;2. 熟悉代表性体积单元的概念;3. 掌握刚度的材料力学分析方法,串联模型、并联模型和植村益次公式;4. 了解强度的材料力学分析方法。
7.1 细观力学的目的及代表性体积单元
7.2 刚度的材料力学分析方法
7.3 串联、并联模型和植村益次公式
7.4 强度的材料力学分析方法
7.5 单层板热膨胀系数的细观力学分析
复合材料的计算研究方法
课时目标:1. 了解等效性能中的代表性体积单元选取、生成与计算方法;2. 熟悉周期性边界条件的施加方法。
8.1 等效性能计算中的代表体积单元选取与生成
8.2 基于周期性边界条件的有限元法
三维编织复合材料的力学分析
课时目标:1. 了解三维编织复合材料的概念及四步法编织工艺;2. 熟悉三维编织复合材料宏细观建模方法;3. 熟悉三维编织复合材料工程弹性常数及热膨胀系数的预测方法。
9.1 三维多向编织复合材料的几何建模方法
9.2 三维编织复合材料等效性能的多尺度分析
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预备知识

材料力学、弹性力学、复合材料学

参考资料

1.主体教材

复合材料力学,董纪伟、程红梅、袁丽,第一版,徐州:中国矿业大学出版社,2018


2.教学参考

(1) 参考教材

1) 沈观林等.复合材料力学(第2版).北京:清华大学出版社,2013

2) 陈建桥.复合材料力学.武汉:华中科技大学出版社,2016

3) 张少实等.复合材料与粘弹性力学.北京:机械工业出版社,2004

4) 矫桂琼等.复合材料力学.西安:西北工业大学出版社,2008

5) 杨静宁等.复合材料力学.北京:国防工业出版社,2014

中国矿业大学
3 位授课老师
董纪伟

董纪伟

副教授

罗宁

罗宁

教授

喻梅

喻梅

讲师

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