《复合材料力学》课程教学大纲（本科）

1、复合材料力学Mechanics of Composite Materials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版一、课程性质与课程目标（-）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局部，通过该课程的学习，使学生了解和掌

2、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 理及破坏准那么，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4：学会根据结构的

3、受力分析，正确地设计和选取复合材料，到达优化结构性能的 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：.毕业要求2: 了解力学的开展历史、学科前沿和开展趋势；认识力学在经济社会开展与 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;.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；.毕业要求4：掌握力学基础知识和基本理论。掌握理论力学、材料力学、弹性力学、振

4、 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；.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；.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。课程目标毕业要求指标课程目标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毕业要求4Z/毕业要求5/毕业

5、要求6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1各向异性弹性力学基本方程各向异性弹性体的应力-应变关系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，而对于各向异性材料, 弹性常数之间的关系很复杂，因此也是本章的

6、难点。第三章单层复合材料的宏观力学分析（-）课程内容平面应力下单层复合材料的应力-应变关系2单层材料任意方向的应力-应变关系3.3单层复合材料的强度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3.1, 3. 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点。第四章复合材料力学性能的实验测定（一）课程内容纤维

7、和基体的力学性能测定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）课程内容引言2层合板的刚度和柔度3几种典型层合板的刚度计算4层合板刚度的理论和实验比拟（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

8、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）课程内容层合板强度概述层合板的应力分析层合板的强度分析层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。第七章单层复合材料的细观力学分析（一）课程内容1引言刚度的材料力学分析方法强度的材料力学分析方法刚度的弹性力学分析

9、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）课程内容尺度和代表单元的概念细观力学过渡方法本征应变问题有效模量预测的近似方法（二）教学要求课程内容8.1和&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

10、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（-）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4碳纳米管复合材料的界面破坏行为（二）教学要求. 了解表界面效应的定义及其对复合材料宏观性能影响。.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.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（-）课程内容1生物/仿生复合材料的力学分析2智能复合材料的种类及其应用3几种基本组

11、成材料的多场耦合行为4力电磁耦合介质的等效性能5层状磁电复合材料的剪滞模型（二）教学要求了解生物/仿生复合材料的概念，掌握生物/仿生复合材料的力学分析。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。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 实践小 计第一章绪论11讲授法1第二章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：1.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、工程、案例 等教学方