計(jì)算機(jī)在復(fù)合材料學(xué)中的應(yīng)用教學(xué)大綱

1、計(jì)算機(jī)在復(fù)合材料學(xué)中的應(yīng)用教學(xué)大綱 課程編號：B03081500 課程名稱：計(jì)算機(jī)在復(fù)合材料學(xué)中的應(yīng)用英文名稱：Application of CAD in composites課程性質(zhì)：專業(yè)選修學(xué)時(shí)/學(xué)分：32/2考核方式：閉卷考試和平時(shí)成績相結(jié)合，以閉卷考試成績?yōu)橹?。選用教材：計(jì)算機(jī)在復(fù)合材料學(xué)中的應(yīng)用講義，青島科技大學(xué)，2011。先修課程：復(fù)合材料學(xué)、工程力學(xué)B、高分子材料流變學(xué)、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后續(xù)課程：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）適用專業(yè)及層次：復(fù)合材料與工程專業(yè)，本科 一、課程目標(biāo)通過本課程的系統(tǒng)講述計(jì)算機(jī)在復(fù)合材料學(xué)中的應(yīng)用方面的理論知識(shí)，使學(xué)生具備下列能力： 1.能夠準(zhǔn)確理解有限元中涉及的基

2、本概念，原理，求解方法，以便解決復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的工程問題；2.能夠運(yùn)用所學(xué)的有限元理論知識(shí)，進(jìn)行簡單復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的分析計(jì)算，提高學(xué)生解決實(shí)際工程問題和綜合分析問題的能力，培養(yǎng)工程創(chuàng)新能力；3.能夠把握復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和成型加工中的涉及的控制方程，本構(gòu)方程，便于計(jì)算復(fù)合材料成型加工中的仿真問題；4.能夠利用講述的有關(guān)有限元軟件的知識(shí)，了解有限元軟件在復(fù)合材料中的應(yīng)用；5.能夠利用所講述的有關(guān)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和微觀分析特點(diǎn)，運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)手段：CAD/CAE進(jìn)行設(shè)計(jì)或分析；了解復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和加工仿真的前沿動(dòng)向。二、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)1.工程知識(shí)1-4 能將工程基礎(chǔ)

3、和專業(yè)知識(shí) 用于解決復(fù)合材料制造和應(yīng)用及相關(guān)領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題。課程目標(biāo)1課程目標(biāo)3課程目標(biāo)2課程目標(biāo)54.問題分析4-1 能根據(jù)復(fù)雜工程應(yīng)用的需要，對復(fù)合材料組成、組織結(jié)構(gòu)、性能及其相互關(guān)系進(jìn)行研究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。課程目標(biāo)2課程目標(biāo)55.使用現(xiàn)代工具5-1 具有計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力；能使用專業(yè)軟件對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析、模擬和優(yōu)化。課程目標(biāo)2課程目標(biāo)5三、教學(xué)基本內(nèi)容第一章：緒論 （支撐課程目標(biāo)2、4、5）一、計(jì)算機(jī)在復(fù)合材料中的應(yīng)用概述二、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法進(jìn)展第二章：復(fù)合材料力學(xué)概述（支撐課程目標(biāo)1、2、3）一、復(fù)合材料力學(xué)中的基本概念二、復(fù)合材料力學(xué)基礎(chǔ) 1. 復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué) 2. 復(fù)合材料

4、宏觀力學(xué) 3. 各向異性彈性力學(xué)基礎(chǔ)4.單層復(fù)合材料的宏觀力學(xué)分析三、復(fù)合材料強(qiáng)度理論與破壞準(zhǔn)則 1. 蔡希爾理論2. 霍夫曼理論3. 蔡吳張量理論要求學(xué)生：掌握復(fù)合材料力學(xué)中的基本概念；了解復(fù)合材料強(qiáng)度理論與破壞準(zhǔn)則。第三章：有限元方法概述（支撐課程目標(biāo)1、2、4）第一節(jié) 有限元方法的基本概念第二節(jié) 有限元方法的原理一、位移法二、能量原理第三節(jié) 有限元法的求解步驟一、單元離散、分析和單元?jiǎng)偠染仃?1. 幾何模型建立與單元分析 2. 單元類型與位移模式 3. 單元?jiǎng)偠染仃?4. 本構(gòu)關(guān)系與彈性矩陣二、整體分析和整體剛度矩陣 1. 邊界條件和初始條件 2. 等效載荷 3. 整體剛度矩陣 4. 整

5、體剛度矩陣的特點(diǎn)三、矩陣求解方法簡介 1. 大型稀疏矩陣的存儲(chǔ)方法 2. 常用的矩陣求解方法第四節(jié) 常用有限元軟件介紹一、MSC.MARC軟件在復(fù)合材料學(xué)中的應(yīng)用 1. 在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用 2. 在復(fù)合材料設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 3. 在復(fù)合材料制品成型加工中的應(yīng)用二、ABAQUS軟件在復(fù)合材料學(xué)中的應(yīng)用1. 在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用 2. 在復(fù)合材料設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 3. 在復(fù)合材料制品成型加工中的應(yīng)用要求學(xué)生：掌握有限元概念和原理，有限元的求解步驟；了解利用商業(yè)化軟件進(jìn)行復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析的步驟和方法。第四章：典型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的有限元分析（支撐課程目標(biāo)1、4、5）第一節(jié) 輪胎制品1. 輪胎有限元

6、分析簡介2. 幾何非線性3. 材料非線性4. 接觸非線性5. 輪胎幾何模型建立6. 輪胎材料模型建立7. 初、邊值條件8. 數(shù)值計(jì)算參數(shù)設(shè)定與求解第二節(jié) 金屬增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的分析 1. 橡膠減振件的有限元分析2. 橡膠密封件的有限元分析要求學(xué)生：掌握輪胎有限元涉及的非線性問題，如何解決。了解橡膠減震器等復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的分析過程。第五章：短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的成型過程分析（支撐課程目標(biāo)1、3、5）1. 聚合物流變學(xué)方程 2. 控制方程的離散方法3. 數(shù)值求解方法要求學(xué)生：掌握復(fù)合材料成型加工中涉及的控制方程；了解控制方程的離散方法和求解方法。第六章：復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的微觀分析（支撐課程目標(biāo)2、3、

7、5）1. CAD在復(fù)合材料設(shè)計(jì)中的應(yīng)用2. 復(fù)合材料破壞和失效的微觀分析要求學(xué)生：掌握計(jì)算機(jī)在復(fù)合材料設(shè)計(jì)中應(yīng)用領(lǐng)域，合理選取軟件；了解復(fù)合材料破壞和失效的微觀分析方法和表征。四、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)第一章：緒論 （支撐課程目標(biāo)2、4、5）教學(xué)重點(diǎn)：計(jì)算機(jī)在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用領(lǐng)域、意義 教學(xué)難點(diǎn)：現(xiàn)在設(shè)計(jì)手段CAD/CAE如何在復(fù)合材料中應(yīng)用？ 第二章：復(fù)合材料力學(xué)概述（支撐課程目標(biāo)1、2、3）教學(xué)重點(diǎn)：應(yīng)力和應(yīng)變的概念，幾何方程，本構(gòu)方程，單層復(fù)合材料的宏觀力學(xué)性能參數(shù)計(jì)算公式，復(fù)合材料強(qiáng)度理論與破壞準(zhǔn)則教學(xué)難點(diǎn)：如何利用復(fù)合材料強(qiáng)度理論與破壞準(zhǔn)則評判結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和失效？第三章：有限元方法概述

8、（支撐課程目標(biāo)1、2、4） 教學(xué)重點(diǎn)：有限元概念及其原理，有限元方法的求解步驟教學(xué)難點(diǎn)：有限元中的單元?jiǎng)偠染仃嚕w剛度矩陣，形函數(shù)的幾何意義第四章：典型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的有限元分析（支撐課程目標(biāo)1、4、5） 教學(xué)重點(diǎn)：輪胎有限元分析的難點(diǎn)，如何根據(jù)輪胎分布圖建立合理的網(wǎng)格模型？如何施加輪胎材料的參數(shù)？教學(xué)難點(diǎn)：輪胎有限元分析時(shí)，模型的合理等效，初始、邊界條件的施加，接觸參數(shù)的確定第五章：短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的成型過程分析（支撐課程目標(biāo)1、3、5） 教學(xué)重點(diǎn)：聚合物流變學(xué)方程的意義，如何進(jìn)行控制方程的離散？教學(xué)難點(diǎn)：數(shù)值求解方法有哪些，如何應(yīng)用？第六章：復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的微觀分析（支撐課程目標(biāo)2、3

9、、5） 教學(xué)重點(diǎn)：復(fù)合材料破壞的機(jī)理分析和表征教學(xué)難點(diǎn)：結(jié)合復(fù)合材料強(qiáng)度理論和破壞準(zhǔn)則，如何對復(fù)合材料破壞和失效進(jìn)行微觀分析？五、教學(xué)建議進(jìn)度（學(xué)時(shí)數(shù)32）第一章 緒論 （學(xué)時(shí)數(shù) 2）第二章 復(fù)合材料力學(xué)概述 （學(xué)時(shí)數(shù) 8）第三章 有限元方法概述 （學(xué)時(shí)數(shù)8）第四章 典型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的有限元分析 （學(xué)時(shí)數(shù)6）第五章 短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的成型過程分析（學(xué)時(shí)數(shù)4）第六章 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的微觀分析 （學(xué)時(shí)數(shù)4）課內(nèi)外時(shí)間比例為 1：11.5六、教學(xué)方法1.多媒體教學(xué)與板書相結(jié)合2.典型應(yīng)用實(shí)例講解3.國內(nèi)參考教材為主，國外專著補(bǔ)充4.教學(xué)與科研相結(jié)合七、考核方式閉卷考試，課外作業(yè)，平時(shí)測驗(yàn)，報(bào)告八、成績評定方法 筆試，考試成績占70%，課外作業(yè)，平時(shí)測驗(yàn)，報(bào)告占30%。九、教學(xué)參考書1. 復(fù)合材料力學(xué)沈觀林, 胡更開 編著，清華大學(xué)出版社，2006 2. Computational Materials Science，Dierk Raabe，Wiley & Son,199