《复合材料结构设计》课程教学大纲

《复合材料结构设计》课程教学大纲一、课程基本情况课程代码：101145123119课程名称（中/英文）：复合材料结构设计/StructureDesignofCompositeMaterials课程类别：个性化选修课程学分：1总学时：16理论学时：16实验/实践学时：0适用专业：高分子材料与工程适用对象：本科先修课程：高分子化学、材料科学与工程基础教学环境：多媒体教室开课学院：材料科学与工程学院二、课程简介1.课程任务与目的《复合材料结构设计》是高分子材料与工程专业的一门专业选修课程。通过本大纲所规定的全部教学内容的学习，掌握复合材料单层、复合材料层合板强度和刚度的基本理论、计算方法和典型产品的结构设计等基本技能，培养学生对一般复合材料构件进行设计的能力。本课程贯彻社会主义思想核心价值观，落实立德树人根本任务，教育引导学生把爱国情、强国志、报国行自觉融入到课程学习之中，提高工程素质，立足于培养学生的实践技能、工匠精神、创新思维、较强的应用能力和可持续发展能力。2.对接培养的岗位能力通过本课程教学，将开阔学生的专业视野，发展学生的创意思维，使学生形成初步的复合材料结构设计理念，并提高学生分析解决实际问题的能力，同时培养学生的社会责任感，提高学生的科学技术素养。三、课程教学目标1.通过学习《复合材料结构设计》这门课程，要求学生熟练掌握复合材料单层板、复合材料层合板强度和刚度的基本理论、计算方法和典型产品的结构设计等基本技能，培养学生对一般复合材料构件进行设计的能力，掌握数学、物理、化学等自然科学知识，并能运用到高分子及复合材料领域。（支撑毕业要求1.4）2.要求学生熟练掌握有关单层板的刚度和强度的计算方法、复合材料弹性常数和强度的预测、层合板强度和刚度的计算、复合材料连接与设计、典型复合材料设计等知识，掌握高分子及复合材料相关领域的专业知识，并能将其应用于分析和解决高分子及复合材料领域复杂工程问题。（支撑毕业要求2.2）3.要求学生具备综合运用高分子材料及工程领域的科学理论和技术手段分析并解决工程实际问题的初步能力，具有对新产品、新工艺、新技术进行研发和设计的初步能力，掌握设计/开发高分子及复合材料领域复杂工程问题解决方案所需要的专业知识。（支撑毕业要求3.1）4.要求学生不但具备严谨求实、开拓进取及锐意创新的科学素质，而且具有良好的职业道德及面对挑战和挫折乐观的基本实践（工程）素质，能够根据高分子及复合材料学科特点，利用理论分析、工程实践等手段，对特定工程问题制定研究方案及可行性分析。（支撑毕业要求7.2）四、教学学时安排（一）学时分配主题或知识点教学内容总学时学时完成课程教学目标讲课实验实践主题或知识点1绪论22001、2、3主题或知识点2单层的刚度和强度44001、4主题或知识点3单层板的细观力学22001、2主题或知识点4层合板的刚度与强度22001、4主题或知识点5复合材料连接22001、2主题或知识点6复合材料结构设计22001、2主题或知识点7复合材料典型产品设计22001、3合计161600五、教学内容及教学设计主题或知识点1绪论1.教学内容复合材料的命名、分类、优缺点和结构设计基础知识、复合材料的应用和发展。2.教学重点重点是复合材料的结构设计基础知识。3.教学难点复合材料性能与结构之间的关系。4.教学方案设计（含教学方法、教学手段）采用启发式、互动式、讨论式相结合的教学方法，运用线上线下融会贯通的教学手段。以多媒体教学为授课主线，其中穿插讨论式、案例式及启发式教学技巧。1.专业使命与社会责任:阐述复合材料科学在当今社会的重要地位，引导学生认识到学习复合材料不仅是学术上的追求，更是对社会的责任和贡献。2.创新精神与探索精神:介绍复合材料科学的发展历程，突出科学家们的创新精神与探索精神，鼓励学生勇于探索未知领域，不断追求学术上的突破。主题或知识点2单层板的刚度和强度1.教学内容单层正轴的概念、单层正轴刚度的概念、单层正轴应力－应变关系、单层的正轴刚度；单层偏轴的概念、单层偏轴刚度的概念、应力转换与应变转换公式、单层的偏轴应力－应变关系、偏轴模量和偏轴柔量、偏轴工程弹性常数；单层的基本强度、单层的失效准则、强度比方程、单层强度的计算；单层的三维应力－应变关系。2.教学重点单层正轴应力－应变关系、单层的正轴刚度；应力转换与应变转换公式、单层的偏轴应力－应变关系、偏轴模量；单层的失效准则；强度比方程、单层强度的计算。3.教学难点单层正轴应力－应变关系、单层的偏轴应力－应变关系、偏轴模量的计算与分析；强度比方程、单层强度的计算；单层的三维应力－应变关系。4.教学方案设计（含教学方法、教学手段）采用启发式、互动式、讨论式相结合的教学方法，运用线上线下融会贯通的教学手段。以多媒体教学为授课主线，其中穿插讨论式、案例式及启发式教学技巧。1.专业使命与社会责任:阐述复合材料科学在当今社会的重要地位，引导学生认识到学习复合材料不仅是学术上的追求，更是对社会的责任和贡献。2.创新精神与探索精神:介绍复合材料科学的发展历程，突出科学家们的创新精神与探索精神，鼓励学生勇于探索未知领域，不断追求学术上的突破。主题或知识点3单层板的细观力学1.教学内容单层板的细观力学和宏观力学的概念、相互关系；复合材料密度和含量的关系；单向连续纤维增强复合材料的串连模型、并联模型和组合模型的弹性常数、蔡-韩的修正公式和哈尔平－蔡的半经验公式；单向连续纤维增强复合材料单层纵向拉伸和纵向压缩强度的预测；正交织物复合材料弹性常数和强度的预测；短纤维增强复合材料的应力传递理论、单向短纤维、平面随机取向短纤维、空间随机取向短纤维、短切纤维毡的弹性模量和强度；颗粒增强复合材料的弹性模量和强度；纵向、横向热膨胀系数和纵向、横向湿膨胀系数的细观力学分析。2.教学重点复合材料的密度和含量的关系；单向连续纤维增强复合材料串联模型、并联模型和组合模型的弹性常数；单向连续纤维增强复合材料单层纵向拉伸和纵向压缩强度的预测；单向短纤维、平面随机取向短纤维、短切纤维毡的弹性模量和强度；颗粒增强复合材料的弹性模量和强度；纵向、横向热膨胀系数和纵向、横向湿膨胀系数的细观力学分析。3.教学难点单向连续纤维增强复合材料串联模型、并联模型和组合模型的弹性常数；单向连续纤维增强复合材料单层纵向拉伸和纵向压缩强度的预测；正交织物复合材料弹性常数和强度的预测；空间随机取向短纤维、短切纤维毡的弹性模量和强度；颗粒增强复合材料的弹性模量和强度。4.教学方案设计（含教学方法、教学手段）采用启发式、互动式、讨论式相结合的教学方法，运用线上线下融会贯通的教学手段。以多媒体教学为授课主线，其中穿插讨论式、案例式及启发式教学技巧。1.观察与分析的能力:通过细观力学的学习培养学生的观察能力和分析能力，引导他们从微观层面理解材料的性能。2.理论与实践的结合:强调理论学习与实践应用相结合的重要性，引导学生在实践中巩固理论知识，提升解决实际问题的能力。主题或知识点4层合板的刚度与强度1.教学内容对称层合板面内力－面内应变的关系、面内工程弹性常数、面内刚度系数的计算、典型对称层合板的面内刚度；对称层合板的弯曲刚度系数的计算、典型对称层合板的弯曲刚度；一般层合板内力－应变关系和刚度系数的计算、平行移轴定理、典型非对称层合板的刚度计算；层合板各单层应力的计算、层合板的强度计算；单层板的湿热变形、有湿热变形的单层应力与应变关系、层合板的湿热应变、残余应变和残余应力、有湿热应力的层合板强度计算。2.教学重点称层合板的面内工程弹性常数、面内刚度系数的计算、典型对称层合板的面内刚度；对称层合板的弯曲刚度系数的计算、典型对称层合板的弯曲刚度；一般层合板刚度系数计算；层合板各单层应力计算、层合板的强度计算；有湿热变形的单层板应力与应变关系、有湿热变形的层合板应力与应变关系、层合板的湿热应变和有湿热应力的层合板强度计算。3.教学难点对称层合板面内刚度系数的计算；对称层合板的弯曲刚度系数的计算；一般层合板刚度系数计算；层合板的强度计算；有湿热变形的层合板应力与应变关系、层合板的湿热应变和有湿热应力的层合板强度计算。4.教学方案设计（含教学方法、教学手段）采用启发式、互动式、讨论式相结合的教学方法，运用线上线下融会贯通的教学手段。以多媒体教学为授课主线，其中穿插讨论式、案例式及启发式教学技巧。1.观察与分析的能力:通过细观力学的学习培养学生的观察能力和分析能力，引导他们从微观层面理解材料的性能。2.理论与实践的结合:强调理论学习与实践应用相结合的重要性，引导学生在实践中巩固理论知识，提升解决实际问题的能力。主题或知识点5复合材料连接1.教学内容胶结连接与机械连接的特点、接头效率计算、胶结连接接头的应力分析、胶结连接形式的选择、胶粘剂的选择、胶结连接几何参数的选择；机械连接接头的内力与变形分析、机械连接接头破坏分析、连接板的破坏分析、机械连接形式的选择、紧固件以及连接板的设计。2.教学重点复合材料胶结连接形式的选择、胶结连接几何参数的选择、机械连接形式的选择、连接板的设计。3.教学难点胶结连接接头的应力分析、机械连接接头的内力与变形分析、连接板的设计。4.教学方案设计（含教学方法、教学手段）采用启发式、互动式、讨论式相结合的教学方法，运用线上线下融会贯通的教学手段。以多媒体教学为授课主线，其中穿插讨论式、案例式及启发式教学技巧。1.沟通与协调的能力:在复合材料连接中，不同部分之间的协调至关重要，引导学生认识到沟通与协调的重要性，培养他们的沟通和协调能力。2.质量意识与责任感:强调连接部位对整体结构的影响，引导学生树立质量意识，对自己的工作负责，确保产品的安全性和可靠性。主题或知识点6复合材料结构设计1.教学内容复合材料结构设计的过程、设计条件、原材料的选择、单层性能的确定、复合材料层合板设计、结构设计的一般原则、结构设计应考虑的工艺性要求、典型结构件的设计、各种结构形式的选择、结构设计应考虑的其他因素。2.教学重点原材料的选择、单层性能的确定、复合材料层合板设计的一般原则、承拉杆件和承弯杆件的设计、各种结构形式的选择。3.教学难点单层性能的确定、复合材料层合板设计的一般原则、承拉杆件和承弯杆件的设计。4.教学方案设计（含教学方法、教学手段）采用启发式、互动式、讨论式相结合的教学方法，运用线上线下融会贯通的教学手段。以多媒体教学为授课主线，其中穿插讨论式、案例式及启发式教学技巧。1.创新设计与思维:在复合材料结构设计中创新是关键。引导学生学习创新设计方法和思维方式，鼓励他们打破传统思维束缚，勇于创新。2.可持续发展理念:在设计中融入可持续发展理念，引导学生关注环境保护和资源节约促进人与自然的和谐共生。主题或知识点7复合材料典型产品设计1.教学内容复合材料贮罐壁的材料组成及各层作用、鞍形支座卧式贮罐设计、立式贮罐设计；纤维缠绕内压容器壁的材料组成及各层作用、单螺旋缠绕网络的力学分析、筒身段及封头段的网络理论、等应力封头的分析、平面缠绕封头分析、压力容器材料的选择和结构形式的选择；玻璃钢管道的优点、玻璃钢管道的结构及成型工艺、玻璃钢管道的设计要点、由内压引起的周向和轴向应力、由土压引起的管道外压及管壁应力、管道在地面敷设时的载荷和应力分析、架空管的内力和变形、温度变化的影响；玻璃钢冷却塔的设计参数、设计步骤、支承力及玻璃钢冷却塔的结构设计；地面雷达罩的设计指导思想、结构类型与结构设计的要点、雷达罩结构设计与电气性能设计的关系雷达罩的结构配置与分块、地面雷达罩的结构设计要点及载荷条件、罩体结构的内力计算、球罩的强度和稳定性计算。2.教学重点复合材料贮罐壁的材料组成及各层作用、鞍形支座卧式贮罐的应力计算、支座设计；纤维缠绕内压容器壁的材料组成及各层作用、单螺旋缠绕筒身段的网络理论、等应力封头的分析、压力容器结构形式的选择；玻璃钢管道的设计要点、由内压引起的周向和轴向应力、由土压引起的管道外压及管壁应力、管道在地面敷设时的载荷和应力分析。3.教学难点鞍形支座卧式贮罐的应力计算、支座设计；筒身段的网络理论、等应力封头的分析；玻璃钢管道由内压引起的周向和轴向应力、由土压引起的管道外压及管壁应力、管道在地面敷设时的载荷和应力分析。4.教学方案设计（含教学方法、教学手段）采用启发式、互动式、讨论式相结合的教学方法，运用线上线下融会贯通的教学手段。以多媒体教学为授课主线，其中穿插讨论式、案例式及启发式教学技巧。1.实际应用与社会价值:通过分析典型产品设计的案例，引导学生认识到所学知识在实际应用中的价值，培养他们的应用能力和实践能力。2.文化传承与创新发展:在产品设计中融入传统文化元素，引导学生认识到文化传承的重要性，并在传承的基础上进行创新发展，推动传统文化的现代化转型。六、学生成绩评定1.课程考核方式及比例本课程总成绩包括形成性评价（平时成绩）和结果性评价（期末考试）。形成性评价（平时成绩）占40%，结果性评价（期末考试）占60%。平时成绩主要包括出勤（20%）和作业（20%）。期末考试满分100分，折算60%计入总成绩。学生成绩评定表考核方式平时成绩期中考试期末考试出勤作业课堂表现阶段测验答辩项目小论文其他√√成绩比例%2020602.课程考核方式评价权重本课程教学目标与考核方式评价权重如表所示：课程教学目标支撑毕业要求指标点考核评价方式权重（%）过程性考核实验期末考试合计出勤及课堂表现作业及阶段测验教学目标1指标点1.4883046教学目标2指标点2.2441018教学目标3指标点3.1441018教学目标1指标点7.2441018合计2020601003.课程成绩评价标准平时成绩评定及考核标准考核环节考核结果及标准评估项目及权重优秀（90~100分）良好（80~89分）中等（70~79分）及格（60~69分）不及格（<60分）出勤及课堂表现（20%）无迟到、早退、旷课现象。积极参加课堂讨论，并有自己独到的见解，能够准确回答问题，并有自己独到的见解偶尔有迟到、早退现象。较为积极参加课堂讨论，能够准确回答问题，并提出自己的见解有迟到、早退现象。能够主动参加课堂讨论，能够回答问题有迟到、早退、偶尔有旷课现象。参与课堂讨论，基本能回答相关问题迟到、早退、旷课较多。不能有效参加课堂讨论，回答不出所有问题作业（20%）能够独立完成作业，作业完成质量优秀，能够灵活运用所学知识和理论解决问题，并获得正确结论能够独立完成作业，完成质量较高，能够运用所学知识和理论解决问题，并获得正确结论能够独立完成作业，完成质量符合要求，能够运用所学知识和理论解决问题，并获得有效结论基本能够独立完成作业，部分题目解答存在抄袭现象，运用所学知识和理论解决问题的能力基本符合要求不能独立完成作业，存在明显抄袭现象，不具备运用所学知识和理论解决问题的能力课程教学目标评价标准考核环节考核结果及标准评估项目及权重优秀（90~100分）良好（80~89分）中等（70~79分）及格（60~69分）不及格（<60分）教学目标1熟练掌握复合材料单层、复合材料层合板强度和刚度的基本理论、计算方法和典型产品的结构设计等基本技能。熟练运用所学知识对一般复合材料构件进行结构设计。准确掌握复合材料单层、复合材料层合板强度和刚度的基本理论、计算方法和典型产品的结构设计等基本技能。准确运用所学知识对一般复合材料构件进行结构设计。能够掌握复合材料单层、复合材料层合板强度和刚度的基本理论、计算方法和典型产品的结构设计等基本技能。能够运用所学知识对一般复合材料构件进行结构设计。基本掌握复合材料单层、复合材料层合板强度和刚度的基本理论、计算方法和典型产品的结构设计等基本技能。基本运用所学知识对一般复合材料构件进行结构设计。无法掌握复合材料单层、复合材料层合板强度和刚度的基本理论、计算方法和典型产品的结构设计等基本技能。无法运用所学知识对一般复合材料构件进行结构设计。教学目标2熟练掌握有关单层板的刚度和强度的计算方法、复合材料弹性常数和强度的预测、层合板强度和刚度的计算、复合材料连接与设计、典型复合材料设计等知识。熟练掌握高分子及复合材料相关领域的专业知识，并能将其应用于分析和解决高分子及复合材料领域复杂工程问题。准确掌握有关单层板的刚度和强度的计算方法、复合材料弹性常数和强度的预测、层合板强度和刚度的计算、复合材料连接与设计、典型复合材料设计等知识。准确掌握高分子及复合材料相关领域的专业知识，并能将其应用于分析和解决高分子及复合材料领域复杂工程问题。掌握有关单层板的刚度和强度的计算方法、复合材料弹性常数和强度的预测、层合板强度和刚度的计算、复合材料连接与设计、典型复合材料设计等知识。掌握高分子及复合材料相关领域的专业知识，并能将其应用于分析和解决高分子及复合材料领域复杂工程问题。基本掌握有关单层板的刚度和强度的计算方法、复合材料弹性常数和强度的预测、层合板强度和刚度的计算、复合材料连接与设计、典型复合材料设计等知识。基本掌握高分子及复合材料相关领域的专业知识，并能将其应用于分析和解决高分子及复合材料领域复杂工程问题。无法掌握有关单层板的刚度和强度的计算方法、复合材料弹性常数和强度的预测、层合板强度和刚度的计算、复合材料连接与设计、典型复合材料设计等知识。无法掌握高分子及复合材料相关领域的专业知识，并能将其应用于分析和解决高分子及复合材料领域复杂工程问题。教学目标3熟练运用高分子材料及工程领域的科学理论和技术手段分析并解决工程实际问题的初步能力，具有对新产品、新工艺、新技术进行研发和设计的初步能力。熟练掌握设计/开发高分子及复合材料领域复杂工程问题解决方案所需要的专业知识。准确运用高分子材料及工程领域的科学理论和技术手段分析并解决工程实际问题的初步能力，具有对新产品、新工艺、新技术进行研发和设计的初步能力。准确掌握设计/开发高分子及复合材料领域复杂工程问题解决方案所需要的专业知识。能够运用高分子材料及工程领域的科学理论和技术手段分析并解决工程实际问题的初步能力，具有对新产品、新工艺、新技术进行研发和设计的初步能力。能够掌握设计/开发高分子及复合材料领域复杂工程问题解决方案所需要的专业知识。基本能够运用高分子材料及工程领域的科学理论和技术手段分析并解决工程实际问题的初步能力，具有对新产品、新工艺、新技术进行研发和设计的初步能力。基本掌握设计/开发高分子及复合材料领域复杂工程问题解决方案所需要的专业知识。无法运用高分子材料及工程领域的科学理论和技术手段分析并解决工程实际问题的初步能力，具有对新产品、新工艺、新技术