航天工程：

《复合材料结构力学》课程教学大纲 1

《先进复合材料》课程教学大纲 4

《现代控制理论基础》课程教学大纲 6

《现代传感与测试技术》课程教学大纲 8

《飞行器姿态动力学》课程教学大纲 11

《航天器结构分析》课程教学大纲 13

《计算力学》课程教学大纲 14

《工程结构动力分析》课程教学大纲 16

《复合材料结构力学》课程教学大纲

课程名称 (中文)：复合材料结构力学                  学分数：  2学分

课程名称 (英文)：Structural Mechanics of Composite Materials

课内学时数：32（最低要求）                        教学方式：课堂授课           

课外学时数：8 （最低要求）                        

                      

教学要求：

    通过复合材料结构力学课程的学习，要求学生掌握复合材料力学的基本概念、复合材料力学性能的实验测定方法、复合材料结构力学的分析方法，了解复合材料的特点、应用领域、最新研究成果及发展方向等。

 

课程内容简介 ( 500字以内)：

主要介绍复合材料力学基础、宏观力学的基本理论、分析方法和结果。内容包括：复合材料概论，各向异性弹性力学基础；单层复合材料的宏观力学分析及层合板刚度和强度的宏观力学分析；复合材料力学性能的实验测定；层合平板的弯曲、屈曲和振动等。

 

课程大纲：

第1章  复合材料概论

    1.1   复合材料的力学分析方法

1.1.1  细观力学

1.1.2  宏观力学

1.1.3  复合材料结构力学

1.2   复合材料的力学性能

1.2.1  纤维增强复合材料的主要力学性能

1.2.2  复合材料的优缺点

1.3   复合材料的各种应用

1.3.1  航空航天工程中的应用

1.3.2  兵器工业中的应用

1.3.3  车辆制造工业中的应用

第2章  各向异性弹性力学基础

2.1   各向异性弹性力学基本方程

2.2   各向异性弹性体的应力-应变关系

2.2.1  具有一个弹性对称平面的材料

2.2.2  正交各向异性材料

2.2.3  横观各向同性材料

2.2.4  各向同性材料

2.3   正交各向异性材料的工程弹性常数

第3章  单层复合材料的宏观力学分析

3.1   平面应力下单层复合材料的应力-应变关系

3.2   单层材料任意方向的应力-应变关系

3.2.1  应力转轴公式

3.2.2  应变转轴公式

3.2.3  任意方向上的应力-应变关系

3.3   单层复合材料的强度

3.3.1  各向同性材料强度理论简述

3.3.2  正交各向异性单层材料的强度概念

3.4   正交各向异性单层材料的强度理论

3.4.1  最大应力理论

3.4.2  最大应变理论

3.4.3  Hill-蔡（S.W.Tsai）强度理论

3.4.4  蔡-吴（E.M.Wu）张量理论

第4章  复合材料力学性能的实验测定

4.1   纤维和基体的力学性能测定

4.1.1  纤维力学性能测定

4.1.2  基体性能测定

4.2   单层板基本力学性能的实验测定

4.2.1  拉伸实验

4.2.2  压缩实验

4.2.3  面内剪切实验

4.2.4  层间剪切实验

4.2.5  弯曲实验

4.3   其它力学性能实验

第5章  层合板刚度的宏观力学分析

5.1   层合板的刚度和柔度

5.1.1  单层板的应力-应变关系

5.1.2  层合板的应力-应变关系

4.1.3  层合板的刚度

5.1.4  层合板的柔度

5.2   几种典型层合板的刚度计算

5.2.1  单层板

5.2.2  对称层合板

5.2.3  反对称层合板

5.2.4  不对称层合板

 

5.3   层合板刚度的理论和实验比较

5.3.1  正交铺设层合板的刚度理论与实验验证

5.3.2  角铺设层合板的刚度理论与实验验证

第6章  层合板强度的宏观力学分析

6.1   层合板强度概述

6.2   层合板的应力分析

6.3   层合板的强度分析

6.4   层合板的层间应力分析

6.4.1  层合板的弹性力学解

6.4.2  正交铺设层合板的层间应力

6.4.3  层间应力的联系

第7章  层合平板的弯曲、屈曲与振动

7.1   层合平板的弯曲

7.1.1  平衡方程

7.1.2  边界条件

7.1.3  简支层合板的弯曲

7.2   层合平板的屈曲

7.2.1  屈曲方程和边界条件

7.2.2  在平面载荷作用下四边简支层合板的屈曲

7.3   层合平板的振动

7.3.1  振动方程和边界条件

7.3.2  简支层合板的自由振动

7.4   层合板中耦合影响的简单讨论

 

参考教材名称：沈观林、胡更开编著：《复合材料力学》 北京：清华大学出版社，2006年。

主要参考书：

1) 张少实、庄茁编著：《复合材料与粘弹性力学》 北京：机械工业出版社，2005年；

2) 王耀先编著：《复合材料结构设计》北京：化学工业出版社，2001年。

预修课程（最低要求）：材料力学

适用专业：航天工程

 

                                              

 

 

 

 

 

 

 

《先进复合材料》课程教学大纲

课程名称 (中文)： 先进复合材料                     学分数：  2学分

课程名称 (英文)： Advanced Composite Materials      教学方式：课堂授课

课内学时数：32（最低要求）                        课外学时数：4 （最低要求）

                         

教学要求：

采用传统教学方法，并根据实际教学需要辅助以多媒体教学手段。要求学生应具有弹性力学及复合材料力学的基本知识。     

 

课程内容简介 ( 500字以内)：复合材料可按照其性能高低的层次分为常用复合材料和先进复合材料。区别于要求不高而量大面广的常用复合材料，先进复合材料是指应用于各高技术领域量少而对性能要求高的复合材料。针对航天工程领域工程应用的实际，本课程主要讲授智能复合材料、梯度功能复合材料、热防护材料、隐身复合材料及纳米复合材料等先进复合材料的力学性能表征及工程实际应用。通过本课程的学习，了解国内外相关研究领域的最新研究进展及解决相关工程应用的一般性力学分析方法及手段，为在实际科研工作解决工程应用问题提供一般性的思路和方法，并可为进一步深造奠定良好的基础。

 

课程大纲：

第1章  先进复合材料的定义、分类

第2章  纳米复合材料的分类、制备及性能

第3章  智能复合材料

3.1   智能复合材料概述

3.2   智能复合材料在航天航空飞行器中的应用

3.2   形状记忆合金复合材料

      3.2.1  形状记忆合金复合材料

3.2.2  形状记忆合金复合材料在宇航空间技术中的应用

    3.3   压电、铁电复合材料

3.3.1  压电、铁电复合材料的驱动、传感特性

3.3.2  压电复合材料

3.3.3  压电纤维复合材料

3.3.4  压电、铁电复合材料在智能材料结构中的应用

3.4   磁致伸缩复合材料

  3.4.1  超磁致伸缩材料

  3.4.2  超磁致伸缩材料的智能化应用

3.5   电（磁）流变液

第4章  梯度功能复合材料

    4.1   梯度功能复合材料的制备及性能表征

    4.2   梯度功能材料在航天工程中的应用

第5章  热防护材料

第6章  隐身复合材料

    6.1  隐身复合材料

6.2  抗声的复合材料

第7章  电性复合材料

    7.1   电磁屏蔽复合材料

7.2   超导复合材料

第8章   其它先进复合材料

参考教材名称：金峰主编：《先进复合材料》，西安交通大学研究生教学讲义。

主要参考书：

1) 马如璋，蒋民华，徐祖雄编：《功能材料学概论》 北京：冶金工业出版社，1999年；

2) 沈关林，胡更开编著：《复合材料力学》北京：清华大学出版社，Springer，2006年。

预修课程（最低要求）：弹性力学，复合材料力学

适用专业：航天工程

 

 

                                               

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

《现代控制理论基础》课程教学大纲

课程名称 (中文)： 现代控制理论基础             学分数：  2学分

课程名称 (英文)： Modern Control Engineering    教学方式：课堂授课 + （上机、实验）      

课内学时数：32                                上机（实验）时数：2小时

课外学时数：4                                     

         

教学要求：

了解掌握控制系统的基本知识，掌握控制理论的基本概念，重点学习经典控制理论的分析方法以及状态空间基本分析方法，一般性了解线性系统的设计。

 

课程内容简介 ( 500字以内)：

自动控制已成为现代机器制造业和工业生产过程中的重要而不可缺少的组成部分，自动控制已经渗透到力学领域的研究中，开设面向力学专业的控制理论基础课十分必要。本门课程主要讲授控制系统的基本知识，包括传递函数及方框图，信号流图，状态空间法，动态系统模型等；重点介绍经典控制理论的分析方法以及状态空间基本分析方法，包括瞬态响应分析，频率响应分析等，以及能控性、能观性分析，Lyapunov稳定性分析等；一般性了解线性系统的设计，包括控制系统的频率响应法设计，状态空间法设计；为解决力学领域的控制问题提供理论基础。

 

课程大纲（具体到章、节、小节）：

第1章  绪论

1.1   引言

1.2   控制系统的基本定义

    1.3   控制系统研究的方法    

第2章  动态系统数学模型

    2.1   引言

2.2   传递函数

2.3   方块图

2.4   控制系统建模实例

第3章  瞬态响应分析

    3.1   引言

3.2   一阶系统的时间响应

3.3   二阶系统的时间响应

3.4   瞬态响应指标定义

3.5   劳斯稳定判据

第4章  控制系统的基本控制作用

    4.1   引言

4.2   基本控制作用

4.3   积分、微分控制作用对系统性能的影响

4.4   单位反馈控制中的稳态误差

4.5   开环控制系统与闭环控制系统中稳态误差的比较

第5章  频率响应分析

    5.1   频率响应

5.2   伯德图

5.3   极坐标图

5.4   奈魁斯特稳定判据

5.5   相对稳定性

第7章  控制系统设计的频率响应法

    7.1   引言

7.2   超前校正

7.3   滞后校正

7.4   滞后-超前校正

7.5   超前、滞后和滞后-超前校正的比较

第8章  控制系统的状态空间分析

    8.1   状态空间分析的基本知识

8.2   传递函数矩阵

8.3   能控性

8.4   能观性

8.5   Lyapunov稳定性分析

 

参考教材名称：Katsuhiko Ogata著（卢伯英等译）：《现代控制工程（第四版）》北京：电子工业出版社，2003年。

主要参考书：

1) 王益群，孔祥东编：《控制工程基础》 北京：机械工业出版社，2001年；

2) 尤昌德编：《线性系统理论基础》北京：电子工业出版社，1985年。

预修课程（最低要求）：积分变换、线性代数

适用专业：力学、机械工程

 

                                               

 

《现代传感与测试技术》课程教学大纲

课程名称 (中文)：现代传感与测试技术                学分数：  2学分

课程名称 (英文)：Modern sensor and test technology      教学方式：课堂授课 + 实验    

课内学时数：32                                    实验时数：8小时

课外学时数：4                                      

           

教学要求：

本课程要求学生课前应预习课后复习所学内容，自觉查阅相关知识，在老师的指导下构建实验系统并完成测试。评估方法和比例，总成绩包括：听课（10%）、笔试（70%）和实验（20%）

课程内容简介 ( 500字以内)：

传感与测试技术是集机械、电子、信息及控制等为一体的综合技术。随着现代科学技术的飞速发展，特别是微电子技术、计算机技术及信息处理技术的发展，各个领域需要获取的信息量越来越多，对信息测试准确度的要求越来越高，测试的难度越来越大，从而对传感与测试技术提出了更高更新的要求。当前国内外都将传感器与测试技术作为优先发展的科技领域之一。

本课程以物理量测试为讲述目标，力求从突出工程应用、强化理论联系实际的角度出发，着重对工程测试技术及常用传感器应用技术的基本理论、基本方法进行阐述；从适应学科发展需要的角度出发，对国内外传感器与测试技术新成果与新技术做实用性论述；模拟信号集成放大电路的实用性设计方法介绍；对信号的数字化采集技术、计算机辅助测试系统及虚拟测试仪器作概要性介绍；构建完整的传感和测试系统，增强学生的实验技能以及独立从事工程实际测量和分析的能力。

 

课程大纲（具体到章、节、小节）：

第1章  概述

    1.1   测试系统的特性

      1.1.1  测试系统与线性系统

      1.1.2  测试系统的静态特性

      1.1.3  测试系统的动态特性

    1.2   传感器技术

      1.2.1  传感器的基本概念

      1.2.2  弹性敏感元件

第2章  物理量传感器的原理和应用

    2.1   应变式传感器

      2.1.1  应变计的原理

      2.1.2  惠斯顿（Wheatstone）电桥测量电路

      2.1.3  应变式传感器的应用

    2.2   压电式传感器

      2.2.1  压电效应

      2.2.2  测量电路

      2.2.3  压电式传感器的应用

    2.3   电动式传感器

      2.3.1  磁铁材料及磁路设计

      2.3.2  电动式传感器的应用

    2.4   电容式传感器

      2.4.1  工作原理与特性

      2.4.2  测量电路

      2.4.3  MEMS微型传感器

      2.4.3  电容式传感器的应用

    2.5   磁敏式传感器

      2.5.1  霍尔效应(Hall Effect)

      2.5.2  霍尔传感器及应用

    2.6   非接触式声光传感器

      2.6.1  多普勒效应及其应用

      2.6.2  反射式激光测量传感器

      2.6.2  干涉式激光测量传感器

第3章  模拟信号放大电路

    3.1   模拟集成电路

    3.2   理想运算放大器及基本电路

    3.3   实际集成运算放大器

    3.4   滤波器原理及设计实例

第4章  测试系统

    4.1   数字化采集电路的基本形式

      4.1.1  硬件测量电路

      4.1.2  抗干扰设计

      4.1.2  A/D转换电路举例

    4.2   计算机辅助测试系统

      4.2.1  接口和总线技术

      4.2.2  基于PC总线技术的计算机辅助测试系统

    4.3   虚拟仪器

      4.3.1  虚拟仪器的硬件结构

      4.3.2  虚拟仪器的软件开发平台

 

 

参考教材名称：李晓莹主编：《传感器与测试技术》。高等教育出版社，2005年，统一书号：ISBN7-04-015851-5。

主要参考书：

1) 宋文绪，杨帆主编：《传感器与检测技术》。高等教育出版社，2004年，统一书号：ISBN7-04-013031-9。

2) 杨学山编著：《工程振动测量仪器和测试技术》，中国计量出版社，2001年，统一书号：ISBN7-5026-1521-0。

预修课程（最低要求）：材料力学、弹性力学、电工学

适用专业：航天工程、机械工程、工程力学、固体力学

 

                                             

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

《飞行器姿态动力学》课程教学大纲

课程名称 (中文)：  飞行器姿态动力学         学分数：  2学分

课程名称 (英文)：Spacecraft Attitude Dynamics      教学方式：课堂授课 + （上机、实验）

课内学时数：32（最低要求）                    课外学时数：4 （最低要求）      

                

教学要求：

要求学生掌握空间飞行器的动力学和控制的基本理论和关键点。牢固掌握航天器姿态运动学和动力学；牢固掌握航天器一般运动方程；了解姿态干扰力矩；掌握空间飞行器的稳定与控制。

     

课程内容简介 ( 500字以内)：本课程主要研究空间飞行器姿态动力学的基本概念、原理和应用，理解飞行器的运动与受力之间的关系，介绍姿态运动学与动力学, 坐标系和坐标变换、动量矩和欧拉方程、欧拉方程的简化、刚体在空间的自由运动、空间飞行器的稳定与控制。

 

 

课程大纲（具体到章、节、小节）：

绪论

第一章 刚体动力学与航天器的自旋稳定
1．1刚体动力学
1．2自由刚体自旋稳定
1．3内能耗散对自旋稳定的影响
1．4双自旋稳定

 

第二章 环境力矩稳定系统

2．1引力梯度矩和引力梯度稳定系统
2．2气动力和气动力矩稳定系统
2．3太阳辐射压力和太阳辐射压力矩稳定系统

 

第三章 姿态敏感器和姿态确定
3．1姿态敏感器
3．2姿态确定

 

第四章 小推力器系统
4．1问题的一般提法
4．2相平面和开关曲线
4．3最优控制
4．4自旋轴的控制
4．5脉冲调制和变推力控制
4．6多推力器系统的结构与操作

 

第五章 飞轮系统
5．1反作用飞轮系统
5．2偏置动量矩轮系统
5．3框架动量矩轮系统
5．4控制力矩陀螺系统
5．5飞轮的斜装与操作

 

第六章 地磁力矩器与联合主动控制系统
6．1地球磁场
6．2地磁力矩器
6．3联合主动控制系统

 

第七章 四元数法
7．1四元数的运算法则
7．2用四元数表示旋转
7．3四元数运动学方程
7．4姿态机动控制

 

 

参考教材名称：黄圳圭主编：《航天器姿态动力学》，国防科技大学出版社,1997

主要参考书：

1)  黄圳圭主编：《航天器姿态动力学》，国防科技大学出版社,1997

2)  刘延柱主编：《航天器姿态动力学》， 国防工业出版社,1995。

预修课程（最低要求）：自动控制原理，理论力学

适用专业：航天工程领域工程硕士

 

                                             

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

《航天器结构分析》课程教学大纲

课程名称 (中文)：      航天器结构分析              学分数：  2学分

课程名称 (英文)： Structural analysis of astronautical vehicles                                

课内学时数：40（最低要求）                教学方式：课堂授课 + （上机、实验）

                

  

教学要求：

     通过该课程的学习，使学生掌握航天器结构静力分析、动力分析、非线性分析以及多场耦合分析的基本原理和基本方法。掌握航天器结构分析大型软件的使用方法和前后处理、求解的基本方法。

课程内容简介 ( 500字以内)：

     以一种大型航空航天商用分析软件为主线，重点介绍航天器结构静力分析、动力分析、非线性分析以及多场耦合分析的基本原理和基本方法。通过该课程的学时，使学生初步掌握航天器结构分析大型软件的使用方法和前后处理、求解的基本方法。

课程大纲（具体到章、节、小节）：

第1章  航空航天器结构分析现状及主流软件

    

第2章  ANSYS 软件介绍

2.1   基于ANSYS的结构分析建模技术

2.2  ANSYS的网格剖分技术

2.3 ANSYS单元库

2.4 载荷施加与边界处理

2.5 求解

第3章  ANSYS 结构静力分析技术

第4章  ANSYS 结构动力分析技术

第5章  ANSYS 结构非线性分析技术

第6章  ANSYS 结构多场耦合分析技术

参考教材名称：刘涛主编：《精通ANSYS》 2002：清华大学出版社。

主要参考书：

1) ANSYS Co. Ltd编：《ANSYS使用手册》，在线帮助手册。

 

预修课程（最低要求）：有限元，弹性力学

适用专业：航天工程

 

 

 

《计算力学》课程教学大纲

课程名称 (中文)：计算力学                          学分数：  2学分

课程名称 (英文)：Computational Mechanics             教学方式：课堂授课 + 上机  

课内学时数：32                                    课外学时数：4                                      

                        

  

教学要求：

     通过本课程的学习，了解计算力学的基本知识、常用的数值方法及其特点，重点掌握有限元方法的原理、求解步骤和关键技术，能够利用商用有限元软件解决简单的实际问题，并具有初步的有限元编程能力。

课程内容简介 ( 500字以内)：

简单介绍空间域内二阶偏微分方程的常用求解方法，包括微分方程的弱形式、加权残值法、变分原理初步等；讲解弹性力学问题有限元方法的一般原理，包括弹性力学基本方程、变分原理、平面三结点三角形单元的有限元格式、矩形单元以及高阶三角形单元、轴对称问题等；讲解等参数有限单元、有限单元形状函数的构造以及数值积分，包括几何映射、单元形状函数的构造、精度的判断及改进、数值积分技术等；介绍有限元法系统方程的解法，包括系统矩阵的特性分析、存贮方式及相应的求解方法；讲解有限元方法的求解步骤及计算机编程，包括有限元方法编程的主要步骤、程序设计及编程技巧。

 

课程大纲：

第1章  空间域内二阶偏微分方程的常用求解方法

1.1 微分方程及其弱形式

1.1.1 边值问题的数学描述——微分方程形式

1.1.2 边值问题的等价弱形式——积分形式

1.2 常用求解方法

1.2.1 加权残值法

1.2.2 变分原理初步

第2章  弹性力学问题有限元方法的一般原理

2.1 弹性力学基本方程及变分原理

2.1.1 弹性力学问题基本方程

2.1.2 弹性力学问题变分原理

2.2 弹性力学平面问题的有限元法

2.2.1 平面三结点三角形单元的有限元格式

2.2.2 矩形单元以及高阶三角形单元

2.3 弹性力学轴对称问题的有限元法

第3章  有限单元形状函数的构造及数值积分

3.1 有限单元形状函数的构造

3.1.1几何映射

3.1.2 单元形状函数的构造

3.1.3 单元插值精度的判断及改进

3.2 等参单元及数值积分

3.2.1 等参单元

3.2.2 数值积分

第4章  有限元法系统方程的解法

4.1 系统矩阵的特性分析

4.2 系统矩阵的存贮方式及相应的求解方法

4.2.1系统矩阵的存贮方式

4.2.2系统矩阵的求解方法

第5章  有限元方法的求解步骤及计算机编程

5.1 有限元方法编程的主要步骤

5.2 有限元程序设计及编程技巧

5.2.1有限元程序设计

5.2.2有限元方法编程技巧简介

 

参考教材名称：王勖成、邵  敏编著：《有限单元法基本原理和数值方法》北京：清华大学出版社，1997年3月。

主要参考书：殷家驹、张元冲编著：《计算力学教程》 西安：西安交通大学出版社，1992年6月。

预修课程（最低要求）：线性代数、弹性力学（或材料力学）基础、计算机编程基础

适用专业：所有工学类专业