航空工程材料（第4版） 教案 模块8 复合材料

《航空工程材料》模块八教案课题：复合材料课时：5学时一、教学目标知识目标理解复合材料的基本概念、分类方法及各类复合材料的特点。掌握金属基复合材料、树脂基复合材料的组成、性能及应用。熟悉复合材料的常用制备工艺与修理方法。了解碳纤维等增强相材料的战略意义与工程应用。能力目标能够根据工程需求选择合适的复合材料类型。能够分析复合材料的增强机理与性能优势。能够初步设计复合材料构件的修理方案。素质目标培养学生对航空新材料技术的关注与学习兴趣。增强学生的工程安全意识与质量标准意识。激发学生的爱国情怀与科技报国的责任感。二、教学重点与难点教学重点复合材料的分类方法及其结构特征。金属基与树脂基复合材料的性能对比与应用。复合材料的制备工艺与修理技术。教学难点不同增强相结构与复合材料的性能关系。复合材料修理中的工艺控制与材料匹配。复合材料各向异性与可设计性的工程意义。三、教学方法与手段教学方法：讲授法、案例分析法、图示法、对比分析法、问题引导法教学手段：多媒体课件（PPT）、教材图示（如图8-1至8-8）、视频资料（碳纤维制造、飞机复合材料修理）、实物样品展示（如碳纤维布、蜂窝芯）四、学时分配（共5学时，225分钟）学时教学内容时间第1学时复合材料概述、分类、特点45分钟第2学时金属基复合材料（分类、增强相、制备工艺）45分钟第3学时金属基复合材料的应用+树脂基复合材料（基体、纤维）45分钟第4学时树脂基复合材料成形工艺+复合材料修理方法（一）45分钟第5学时复合材料修理方法（二）+综合案例与习题讲评45分钟五、教学过程（分学时详细设计）第1学时：复合材料概述、分类与特点教学内容：复合材料的定义、组成（增强相+基体相）按增强相结构形态分类（定向纤维、连续/不连续、叠层、编织、颗粒增强）按基体相分类（金属基、聚合物基、陶瓷基、碳-碳基）复合材料的特点（高比强度、可设计性、耐疲劳、减振、功能性等）教学活动：导入：展示碳纤维在战斗机、导弹、航天器中的应用图片，引出“新材料之玉”讲授+图示：结合图8-1、8-2讲解纤维排列与编织结构互动提问：为什么飞机要使用复合材料？与传统金属相比有什么优势？小结：总结复合材料的四大优势与三大缺点第2学时：金属基复合材料（一）教学内容：金属基复合材料的定义与分类（按基体、按增强相）一般特性（耐高温、高比强度、导电导热、尺寸稳定等）增强相类型：颗粒、纤维、晶须（典型性能与作用）制备工艺：真空压力浸渍、液态金属浸渍、挤压铸造、热压扩散黏接等教学活动：案例引入：Bf/Al在航天飞机机身中的应用讲授+表格分析：表8-2、8-3展示应用前景图示讲解：图8-4～8-7制备工艺流程图小组讨论：为什么颗粒增强铝基复合材料适合大规模产业化？第3学时：金属基复合材料的应用+树脂基复合材料教学内容：铝基、钛基复合材料的典型应用（表8-7、8-9）树脂基复合材料的组成：树脂基体+增强纤维树脂基体类型：热固性（环氧、双马、聚酰亚胺）、热塑性（PEEK）、RTM树脂、LTM树脂增强纤维类型：碳纤维（T300、T800）、芳纶、玻璃纤维、硼纤维教学活动：案例讲解：F16腹鳍、火箭发动机壳体、卫星天线中的复合材料对比分析：T300与T800纤维性能差异视频辅助：碳纤维制造过程或树脂基复合材料成形视频小结：不同树脂基体的适用温度与工艺特点第4学时：树脂基复合材料成形工艺+修理方法（一）教学内容：结构成形工艺特点：共固化、整体成形、自动铺放主要工艺：热压罐法、软模法、RTM、纤维自动铺放法（ATP）复合材料修理方法：螺接、冷黏接、热黏接修理前的准备工作：表面准备、涂层清除、蜂窝芯去除教学活动：图示讲解：热压罐、RTM、ATP工艺流程案例：F-22正弦波翼梁的RTM制造互动：为什么复合材料修理不能简单照搬金属修理方法？操作演示思路：模拟蜂窝芯去除与锥面打磨步骤第5学时：复合材料修理方法（二）+综合案例与习题讲评教学内容：新型修理方法：微波快速修理、光固化修理、电子束固化固化修理流程：177℃固化、室温固化修理材料：预浸料、预固化补片、湿补材料、胶膜、蜂窝芯塞修理后处理：表面打磨、涂漆、质量检查教学活动：案例讲解：F-15E/F机翼前缘的光固化修理小组任务：设计一个简单的蜂窝夹层结构修理方案习题讲评：教材后习题1、4、11、14、17课程总结：复合材料从制造到修理的完整工程链条六、教学资源与参考资料教学资源教材：《航空工程材料（第4版）》模块八PPT课件、工艺流程图（图8-1至8-8）视频资料：碳纤维制造、RTM工艺、复合材料修理实操实物展示：碳纤维布、蜂窝芯、预浸料样品参考资料波音公司《复合材料结构修理手册》美国国防部《金属基复合材料发展计划（1991-2005）》日本东丽公司碳纤维产品手册《复合材料学报》相关论文七、考核方式评价方式占比说明课堂参与20%提问、讨论、练习课后作业30%课后习题（重点：分类、性能对比、修理流程）阶段性测验50%选择题（20%）+简答题（20%）+判断题（10%）八、教学反思（课后填写）此部分由授课教师在完成教学后填写，建议从以下