《复合材料力学》课程教学大纲

1、大学本科专业培养方案课程教学大纲编 码：ME05051 Code: ME05051课程名称：复合材料力学 Course Title: Mechanics of Composite Materials 课程类别：专业核心 Course category: Core Courses in Specialty学 分：3 Credit(s): 3开课单位：机械与运载工程学院 Offering College/School: College of Mechanical & Vehicle Engineering课程描述：本课程是工程力学专业的专业核心课程，以材料力学、弹性力学、振动理论等为前导课

2、程，为后续课程的学习以及复合材料结构分析与设计提供必不可少的基础。本课程主要包括各向异性弹性力学、单层板的宏观和细观力学、层合板刚度、强度以及弯曲、屈曲和振动等内容，学生需了解复合材料及其相关的力学与结构设计问题，理解复合材料基本概念及其内在关系、复合材料强度准则，掌握单层复合材料的宏观和细观力学分析方法、层合板的宏观力学，并能灵活运用复合材料力学熟练解决结构分析与设计问题等。通过学习本课程，学生学会分析与设计复合材料结构，获得复合材料力学的基本知识，锻炼和提升工程分析与设计、自主学习与创新、论文撰写与交流等方面的能力等。Course description: This course is a

3、 basic course for majors of engineering mechanics. Based on the courses of mechanics of materials, elastic mechanics and mechanics of vibration, mechanics of composite materials provides an essential basis for the follow-up professional courses and composite structure analysis and design. This cours

4、e mainly includes elastic mechanics of anisotropic materials, micromechanical and macromechanical behavior of a lamina, stiffness, strength of a laminate, bending, buckling and vibration of laminated plates. Students are required to aware the composite and its mechanics and structural design problem

5、, to understand the basic concepts of composite materials and their internal relations, strength criterion of composite materials, to master the micromechanical and macromechanical analysis method for a lamina, the macromechanical of a laminate. Based on the mechanics of composite materials, student

6、s could solve the problem of structural analysis and design. By learning this couse, students are able to master the analysis and design of composite structure, to acquire the basic knowledge of mechanics of composite materials. The course can foster and improve the students' abilities in engine

7、ering analysis and design, independent learning and innovation, paper writing and communication.课程内容（一）课程教学目标设置本课程是为了让工程力学专业的学生在已经掌握了基本的材料力学、弹性力学和振动理论的基础上，熟练掌握复合材料所涉及的力学基础和结构设计的基本知识体系，并且初步具备采用复合材料宏观和细观力学分析方法进行复合材料结构分析与设计的能力。本课程对学生达到毕业要求有如下贡献：1. 应用最新的材料和力学方法在工程结构和相关交叉学科领域解决技术问题（毕业要求1、2、4、5）；2. 独立思考，批

8、判性学习能力（毕业要求3、6）；3. 有效的口头、书面沟通能力和写作能力（毕业要求9、10、12）。（二）基本教学内容第一章、复合材料及其应用教学目的与要求：（1）理解复合材料的定义、分类；（2）理解复合材料的发展历程；（3）理解复合材料的性能与特点；（4）了解典型复合材料结构及其应用情况；（5）了解复合材料力学的研究内容与方法。教学重点：复合材料的特点，复合材料的可设计性、材料和结构的同一性，复合材料在工程结构设计中的重要性、复合材料力学的研究方法。 教学难点：复合材料的各向异性和非均质性概念，以及复合材料的可设计性、材料和结构的同一性，比强度和比刚度的概念。 教学内容：（1）复合材料的定义

9、、分类；（2）复合材料的发展历程；（3）复合材料的性能与特点；（4）典型复合材料结构及其应用情况；（5）复合材料力学的研究内容及方法。 相应毕业要求：1、6学时分配：2个授课第二章、各向异性弹性力学教学目的与要求：（1）理解各向异性弹性力学的基本方程；（2）熟练掌握各向异性弹性力学的应力应变关系；（3）熟练掌握正交各向异性材料的工程常数。教学重点：各向异性弹性体基本方程，一般各项异性弹性体的应力应变关系，具有弹性对称性的几种典型情况，工程常数及其关系。教学难点：与各向同性各项弹性力学的区别，各向异性弹性体的应力应变关系。教学内容： （1）各向异性弹性力学的基本方程；（2）各向异性弹性力学的应力

10、应变关系；（3）各向异性弹性体应变能；（4）具有一个弹性对称面的材料；（5）正交各向异性材料；（6）横观各向同性材料；（7）正交各向异性材料的工程常数。相应毕业要求：1、2、3、4、5学时分配：4个授课第三章、单层复合材料刚度和强度的宏观力学分析教学目的与要求：（1）熟练掌握平面应力下单层复合材料的应力应变关系；（2）熟练掌握单层复合材料在任意方向上的应力应变关系；（3）熟练掌握单层复合材料的强度理论，学会使用强度理论进行单层复合材料的强度计算。教学重点：单层复合材料应力应变关系以及工程常数；应力和应变的转轴公式；正交各向异性单层复合材料的强度理论。教学难点：单层复合材料任意方向上的应力应变关

11、系；Tsai-Hill强度理论；Tsai-Wu张量理论；单层复合材料的强度计算方法。教学内容： （1）平面应力下单层复合材料的应力应变关系；（2）应力和应变转轴公式；（3）单层复合材料在任意方向上的应力应变关系；（4）单层复合材料强度的概念；（5）最大应力理论、最大应变理论、Tsai-Hill强度理论和Tsai-Wu张量理论。相应毕业要求：1、2、3、4、5、6学时分配：6个授课+4个上机第四章、复合材料细观力学教学目的与要求：（1）了解细观力学的概念及其发展历程；（2）熟练掌握单层复合材料刚度的材料力学分析方法；（3）熟练掌握单层复合材料刚度的弹性力学分析方法；（4）熟练掌握单层复合材料强度

12、的材料力学分析方法；（5）熟练掌握热膨胀系数的预测方法。教学重点：单层复合材料弹性常数的材料力学和弹性力学预测方法；单层复合材料基本强度的预测方法。教学难点：细观力学与宏观力学的区别；复合材料弹性常数预测的弹性力学方法；复合材料的强度预测方法。教学内容：（1）细观力学的概念及其发展历程；（2）单层复合材料刚度的材料力学分析方法；（3）单层复合材料强度的材料力学分析方法；（4）单层复合材料刚度的弹性力学分析方法；（5）热膨胀力学性能分析。相应毕业要求：1、2、3、4、5 学时分配：6个授课第五章、层合板刚度和强度的宏观力学分析教学目的与要求：（1）理解层合板的刚度和柔度；（2）熟练掌握经典层合板

13、理论；（3）熟练掌握几种典型层合板的刚度计算方法；（4）熟练掌握层合板的强度分析方法；（5）理解层合板的层间应力分析方法及其自由边界层脱层抑制方法。教学重点：层合板的应力应变关系；层合板刚度和柔度；对称层合板和反对称层合板的刚度系数；层合板的强度分析方法；层合板层间应力分析方法。教学难点：层合板各层的应力-应变分析，层合板的刚度、强度和层间应力分析与计算。教学内容：（1）层合板的概念；（2）层合板的应力应变关系；（3）层合板的刚度；（4）层合板的柔度；（5）单层板的刚度系数分析；（6）对称层合板的刚度系数分析；（7）反对称层合板的刚度系数分析；（8）层合板强度的概念及其计算步骤；（9）层间应力

14、分析方法以及边界层脱层抑制方法。相应毕业要求：1、2、3、4、5 学时分配：12个授课第六章、复合材料结构的弯曲、屈曲和振动教学目的与要求：（1）熟练掌握层合板弯曲方程； （2）熟练掌握层合板屈曲方程；（3）熟练掌握层合板振动方程；教学重点：层合板的弯曲、屈曲、振动。 教学难点：层合板的弯曲、屈曲和振动，及其耦合。 教学内容：（1）熟练掌握层合板弯曲方程；（2）熟练掌握层合板屈曲方程；（3）熟练掌握层合板振动方程；（4）层合板耦合影响分析。 相应毕业要求：1、2、3、4、5、6学时分配：6个授课+4个上机第七章、若干学科前沿问题教学目的与要求：（1）复合材料刚度和强度理论探讨；（2）复合材料结

15、构设计；（3）科学研究的开展与学术论文的撰写。教学重点：了解最新复合材料基本刚度和强度理论、结构设计等前沿问题及其研究方法。 教学难点：各种前沿课题的研究方法。 教学内容：（1）复合材料刚度和强度理论的发展与现状；（2）复合材料结构设计；（3）科学研究的开展与学术论文的撰写。 相应毕业要求：9、10、12学时分配：4个授课+4个讨论课考核方式复合材料力学考核及成绩评定方式最终成绩由平时作业成绩、期末成绩和小论文成绩等组合而成。各部分所占比例如下：l 平时作业成绩：10%。主要考核对每堂课知识点的复习、理解和掌握程度。l 期末考试成绩：50%。主要考核复合材料力学基本概念、基本分析计算方法的掌握

16、程度。采用闭卷考试形式，在考试周内进行。题型为1、填空题；2、简答题；3、证明题；4、计算题等。 l 课程论文成绩：40%。主要考核发现、分析和解决问题的能力，以及口头及文字表达能力。学生可自拟题目或根据任课教师提出的题目撰写课程学习小论文，并在一定形式下进行宣讲、答辩，最后评定课程论文成绩。持续改进方法本课程在如何与学生开展互动讨论，提升学生的学习兴趣，培养学生独立自主学习和科学研究的能力方面仍然需要深入探索。教材及参考书教 材：沈观林，胡更开，复合材料力学，清华大学出版社 。参考书：1 Ever J. Barbero，Finite Element Analysis of Composite Materials，CRC Press。 2 Robert M. Jones. Mechanics of Composite Materials (Second Edition). Taylor & Francis.授课手段（教学方法）以课堂教学（含小班讨论）为主，结合自学、大作业和上机实验教学。课堂教学主要讲解与复合材料力学有关的基本概念、基本理论以及基本分析方法，并将实际工程问题、学科前沿问题以及高科技中的问题等融入基本理论的讲解，使同学们更好地熟悉或掌握复合