2013秋复合材料力学上机作业

《复合材料力学》课程上机指导书（力学101，力学C101-2）
河北工业大学机械学院力学系
2013年9月
目录
作业1单向板刚度及柔度的计算(2学时) (1)
作业2单向板的应力、应变计算(2学时) (2)
作业3绘制表观工程常数随 的变化规律(3学时) (3)
作业4绘制强度准则的理论曲线(包络线)(3学时) (4)
作业5层合板的刚度计算(3学时) (5)
*作业6层合板的强度计算(4学时) (6)
附录作业提交说明……………………………………………. . 7 注：带“*”的题目可作为自愿选做题。

作业1 单向板刚度及柔度的计算
一、要 求
（1）选用FORTRAN 、VB 、MAPLE 或MATLAB 编程计算下列各题；
（2）上机报告内容：源程序、题目内容及计算结果；
（3）材料工程常数的数值参考教材自己选择；
（4）上机学时：2学时。

二、题 目
1、已知单层板材料工程常数1E ，2E ，12G ，计算柔度矩阵[S ]和刚度矩阵[Q ]。

（玻璃/环氧树脂单层板材料的MPa 1090.341⨯=E ，MPa 1030.142⨯=E ，
MPa 1042.0412⨯=G ，25.021=μ，
MPa 1001=σ，MPa 302-=σ，MPa 1012=τ）
2、已知单层板材料工程常数1E ，2E ，12G ，21μ及θ，计算柔度矩阵][S 和刚度矩阵][Q 。

（M P a 1090.341⨯=E ，MPa 1030.142⨯=E ，MPa 1042.0412⨯=G ，25.021=μ，︒=30θ）
作业2 单向板的应力、应变计算
一、要 求
1、选用FORTRAN 、VB 、MAPLE 或MATLAB 编程计算下列各题；
2、上机报告内容：源程序、题目内容及计算结果；
3、材料工程常数的数值参考教材自己选择；
4、上机学时：2学时。

二、题 目
1、已知单向板的应力x σ、y σ、xy τ，工程常数1E ，2E ，12G ，21μ及θ，求x ε、
y ε、xy γ；1σ、2σ、12τ；1ε、2ε、12γ。

（知︒=30θ，应力MPa 160=x σ，MPa 60=y σ，MPa 20=xy τ，工程常数MPa 1090.341⨯=E ，MPa 1030.142⨯=E ，MPa 1042.0412⨯=G ，25.021=μ，︒=30θ）
2、已知1σ、2σ、12τ，工程常数1E ，2E ，12G ，21μ及θ，求1ε、2ε、12γ；x ε、y ε、
xy γ；x σ、y σ、xy τ。

（知MPa 1001=σ，MPa 302-=σ，MPa 1012=τ，MPa 1090.341⨯=E ，MPa 1030.142⨯=E ，MPa 1042.0412⨯=G ，25.021=μ，︒=30θ）
作业3 绘制表观工程常数随θ的变化规律
一、要 求
1、选用FORTRAN 、VB 、MAPLE 或MATLAB 编程计算下列各题；
2、上机报告内容：源程序、题目内容及计算结果；
3、每组数据如角度、材料常数可自己选择；
4、上机学时：3学时。

二、题 目
绘制表观工程常数x E ，y E ，xy G ，xy μ，x xy ,η，y xy ,η随θ的变化规律。

（︒≤≤︒900θ）
1、玻璃/环氧树脂单层板，已知
25.0,5.0,31221221===μE G E E
2、硼/环氧树脂单层板的，已知3.0,3
1,101221221===μE G E E
作业4 绘制强度准则的理论曲线（包络线）
一、要 求
1、选用FORTRAN 、VB 、MAPLE 或MATLAB 编程计算下列各题；
2、上机报告内容：源程序、题目内容及计算结果；
3、材料工程常数的数值参考教材自己选择；
4、上机学时：3学时。

二、题 目
绘制玻璃/环氧树脂复合材料单向板的（1）最大应力强度准则，（2）Tsai-Hill 强度准则，（3）Tsai-Wu 张量强度准则的理论曲线（包络线）。

已知材料的基本强度为：
MPa 1260t =X ，MPa 2500c =X ，MPa 51t =Y ，
MPa 202c =Y ，MPa 67=S
作业5 层合板的刚度计算
一、要 求
1、选用FORTRAN 、VB 、MAPLE 或MATLAB 编程计算下列各题；
2、上机报告内容：源程序、题目内容及计算结果；
3、材料工程常数的数值可参考教材自己选择；
4、可在下列题中任选一题；
5、上机学时：4学时。

二、题 目 （可在下列题中任选一题）
层合板的刚度计算
1、已知碳/环氧三层层合板︒︒-︒15/15/15，每层厚mm 11=t ，
MPa 100.251⨯=E ，MPa 100.242⨯=E ，30.021=μ，MPa 100.1412⨯=G ，求各单层板ij Q 及层合板的刚度系数。

2、已知单层板工程常数MPa 1060.941⨯=E ，MPa 1040.242⨯=E ，
4.021=μ，MPa 1000.1412⨯=G ，求反对称6层角铺设层合板
（︒-︒︒-︒︒-︒30/30/30/30/30/30）的刚度系数，设每层mm 11=t 。

3、已知单层板工程常数MPa 1060.941⨯=E ，MPa 1040.242⨯=E ，
4.021=μ，MPa 1000.1412⨯=G ，求5层对称角铺设
（︒︒-︒︒-︒30/30/30/30/30）层合板的刚度系数，设每层mm 11=t 。

4、（习题5-7）已知各单向板的刚度为GPa 5411=Q ，GPa 75.1222=Q ，
GPa 9.412=Q ，GPa 86.666=Q ，各单向板的厚度均为mm 11=t 。

试
计算T ]0/45/90[︒︒︒层合板的所有刚度系数。

* 作业6 层合板的强度计算
一、要 求
1、选用FORTRAN 、VB 、MAPLE 或MATLAB 编程计算下列各题；
2、上机报告内容：源程序、题目内容及计算结果；
3、材料工程常数的数值可参考教材自己选择；
4、可在下列题中任选一题；
5、上机学时：4 学时。

二、题 目
层合板的强度计算
1、（习题5-8）T300/5208复合材料层合板[45/0]S 和[45/0/45]T ，各层厚度均为
mm 11=t ，如果k N /m
4==y x N N ，0=xy N ，m kN 5.2⋅=x M ，0==xy y M M ，试计算这两种层合板中面的应变、曲率（扭率）以及各层应力。

T300/5208的材料常数为：
GPa 1811=E ，GPa 3.102=E ，28.012=μ，GPa 17.712=G ，
2、（习题5-12）一角铺设对称层合板，各单向板的铺设角、厚度分别为
]2,90/,5.22/2,5.22/,5.22/2,90[t t t t t ︒︒︒-︒︒。

层合板承受面内分量k N /m 03.49=x N ，kN/m 9.55=y N ，其余为零；厚度mm 21=t ，试选用Tsail-Hill 强度准则，校核该层合板的强度。

作业提交说明
一、封皮格式(见下页)。

二、要求以书面及电子版(Word)形式提交。

书面作业须打印后左
侧装订成册，电子版Word文件以学生姓名命名发至fan_muhui@
三、每次作业按如下格式写：
作业X 题目：---------------
1、源程序
2、整理后的计算结果(图、表)
四、本学期第18周周五之前交于各班班长,各班长转交给我。

复合材料力学上机作业
（2013年秋季）
班级
学生姓名
学号
成绩
河北工业大学机械学院
2013年12月30日。