力学性能实验课西安交通大学材料科学与工程学院

1、“材料力学性能实验”课程教学大纲英文名称：synthetic experiment study formechanical behavior of materials课程编码：matl1305学时：32（理论学时： 实验学时： 上机学时： 课外学时： （课外学时不计入总学时） 学分：1适用对象：材料学，材料加工工程，材料物理与化学，材料学（硕），材料加工工程（硕），材料物理与化学（硕），机械类（硕），能源动力类（硕），航空类（硕），工程力学，工程力学（硕）先修课程：材料力学，机械工程材料、材料力学性能使用教材及参考书：1陈黄浦主编.材料力学性能实验指导书. 西安：西安交通大学，2006.2石德

2、珂、金志浩主编.材料力学性能.西安：西安交通大学出版社，1998.一、 课程性质和目的（100字左右）性质：专业实验课目的：选取了比较典型和常用的实验内容和方法作为力学性能综合实验课的基本教学内容，并适当的增加一些较新的实验内容和方法。要求学生掌握基本的实验技能，并探讨通过综合性实验教学方式，逐步增强学生基本动手能力；增强对课程内容的深入理解；提高综合分析能力和实践能力。二、课程内容简介（200字左右）材料力学性能实验是材料科学研究的一个重要组成部分，它不仅巩固所学理论，而且是培养学生分析问题和解决问题能力的重要环节。通过实验课程的学习，要求学生掌握材料力学性能指标的实验原理和测试方法。本课程

3、从实验的基本要求出发，着重介绍材料试验机的基本原理、金属材料力学性能的基本实验原理和测试方法。通过这些实验教学提高学生的动手能力和激发学生的创新思维能力。实验课包括8个实验：其中综合实验3个，单项实验5个。综合实验：综合实验1（7学时）金属材料静强度实验；综合实验2（6学时）金属材料力学性能奇异特性实验；综合实验3（7学时）金属材料疲劳裂纹扩展速率和疲劳裂纹扩展门槛值实验。单项实验：硬度实验（3学时）；缺口冲击韧性和金属材料冷脆转变曲线测定实验（3学时）；金属材料平面应变断裂韧性实验（2学时）；焊接接头工作应力分布测量实验（2学时）；高分子材料拉伸实验（2学时）。三、 教学基本要求 1通过对实

4、验的观察、分析和对材料各力学量和物理量的测定，初步掌握和学习测定材料力学性能的基本知识、基本技能和基本方法，了解应力分析的基本概念。并能运用材料力学性能原理解释材料的力学行为，初步掌握验证材料力学性能理论的方法。2培养学生的科学实验能力，包括动手实践能力、思维创新能力、书写表达能力和简单的材料实验方案设计能力，通过实验课激发同学们的创造能力和科学研究热情。3培养学生从事科学研究的素质。要求学生具有理论联系实际和实事求是的科学作风；严肃认真的工作作风；不怕困难主动进取的探索精神；遵守操作规范、爱护公共财产；在实验中相互协作，共同探讨的思想品德。四、 教学内容及安排1.实验项目名称：金属材料静强度

5、实验（综合实验1） 实验目的：本综合实验包括四个实验：金属材料常规力学性能的测定；金属材料弹性模量（e）测定；金属材料形变硬化指数（n）测定；形变硬化对金属材料屈服强度的影响。 教学基本要求：了解试验机的基本工作原理。初步掌握金属材料常规力学性能的测定方法，测量和计算静强度力学性能指标（rm,rp(有物理屈服平台和无物理屈服平台材料屈服强度（rp）的测定)，a，z，）、弹性模量（e）、金属材料形变硬化指数（n）测定，了解形变硬化对金属材料屈服强度的影响。实验内容提要：每一个同学测量试样尺寸，学习正确安装试样，在老师的指导下调试试验机控制参量，进行实验。实验结束后正确的测量试样尺寸，计算出相应的

6、力学性能指标。准确画出试样尺寸图，画出试样宏观断口示意图（韧性断口和脆性断口）。独立撰写实验报告。约15人一组，以成分组织性能为线索，综合对比、分析讨论实验结果，撰写综合报告。实验类型：研究性必修或选修：必修使用的主要仪器：1.电子拉伸材料试验机一台。2.位移传感器一个。3.刻线机一台。4.游标卡尺一把。 教学安排及教学方式 教学环节学时分配 课后环节（请打“”）章节数授课实验上机讨论作业自学综合大作业其他1252.实验项目名称：金属材料力学性能奇异特性实验（综合实验2）实验目的：本综合实验包括三个实验：金属材料的超弹性测定；循环次数对金属材料超弹性性能的影响；应变速率对金属材料力学性能的影响

7、。教学基本要求：了解试验机的基本工作原理。初步了解金属材料常用力学性能奇异特性现象，理解和掌握应变速率对金属材料力学性能的影响。实验内容提要：每一个同学测量试样尺寸，学习正确安装试样，在老师的指导下调试试验机控制参量，进行实验。实验结束后正确计算材料的应力-应变和超弹性，绘制循环次数与材料超弹性的关系曲线。准确画出试样尺寸图，独立撰写实验报告。约15人一组，综合对比、分析讨论实验结果，重点是材料成分、加载循环周次、应变速率对材料力学性能的影响。撰写综合报告。实验类型：研究性必修或选修：必修使用的主要仪器：1.电子拉伸材料试验机一台。2.位移传感器一个。3.游标卡尺一把。教学安排及教学方式 教学

8、环节学时分配 课后环节（请打“”）章节数授课实验上机讨论作业自学综合大作业其他2243.实验项目名称：金属材料疲劳裂纹扩展速率和疲劳裂纹扩展门槛值实验（综合实验3）实验目的：本综合实验包括的内容为：金属材料疲劳裂纹扩展速率实验；疲劳裂纹扩展门槛值实验。教学基本要求：了解试验机的基本工作原理。初步了解金属材料疲劳裂纹扩展速率和疲劳裂纹扩展门槛值测定方法。实验内容提要：每一个同学测量试样尺寸，正确安装试样，在老师的指导下调试试验机控制参量，进行实验，观察和记录疲劳载荷循环周次和对应的裂纹长度。实验结束后正确绘制材料的疲劳循环次数和裂纹长度关系曲线，正确计算da/dn和k，绘制da/dn-k关系曲线

9、。用线性回归或作图法求出paris公式中的材料常数c, n，给出测试材料的paris公式。逐级降力法测定试验数据，求出da/dn和k，作出lg(da/dn)- lg(k)曲线，对应于（da/dn）i的ki的值通过取每级力值下的平均裂纹长度ai和对应的pi代入相应的k表达式计算得到。确定疲劳裂纹门槛值。准确画出试样尺寸图，独立撰写实验报告。约15人一组，综合对比、分析讨论实验结果。撰写综合报告。实验类型：研究性必修或选修：必修使用的主要仪器：1. 高频疲劳试验机一台2. 工具读数显微镜一台3. 千分尺一把教学安排及教学方式 教学环节学时分配 课后环节（请打“”）章节数授课实验上机讨论作业自学综合

10、大作业其他3254.实验项目名称：硬度实验实验目的：学会正确使用硬度计。教学基本要求：掌握各种金属材料和其他材料的布氏、洛氏、维氏（小负荷）及显微硬度的试验原理和测试方法；了解硬度实验根据应力状态所划分的二种试验方法及其共同特点。实验内容提要：每一个同学分别独立的测量以下工件的硬度值：退火低碳钢棒，高速钢刀具，灰铸铁，渗碳齿轮，氮化层，硬质合金刀头，铝合金，铜合金，双相钢中铁素体和马氏体，轴承合金。要求根据不同的材料和工件尺寸选择合理的硬度测量方法，得出正确的硬度值。独立撰写实验报告。实验类型：验证性必修或选修：必修使用的主要仪器：各种硬度计（布氏、洛氏、维氏、显微硬度计）教学安排及教学方式

11、教学环节学时分配 课后环节（请打“”）章节数授课实验上机讨论作业自学综合大作业其他4125.实验项目名称：缺口冲击韧性和金属材料冷脆转变曲线测定实验实验目的：了解冲击试验机结构、工作原理及正确使用方法。掌握常温及低温下金属材料冲击试验方法；教学基本要求：学会测量和计算金属材料冲击韧性值；学会用能量法确定金属材料冷脆转变温度tk。实验内容提要：每一个同学测量试样尺寸，正确安装试样，在老师的指导下调试试验机进行实验，记录冲击试验值。实验结束后正确绘制材料的温度和冲击韧性值曲线，正确确定材料的冷脆转变温度。准确画出试样尺寸图，画出试样宏观断口示意图（韧性断口和脆性断口）。独立撰写实验报告。实验类型：

12、研究性必修或选修：必修使用的主要仪器：1.冲击试验机一台2. 游标卡尺一把教学安排及教学方式 教学环节学时分配 课后环节（请打“”）章节数授课实验上机讨论作业自学综合大作业其他5126.实验项目名称：金属材料平面应变断裂韧性实验实验目的：了解和掌握金属材料平面应变断裂韧性测试的一般原理和方法。教学基本要求：学会测量和计算金属材料平面应变断裂韧性值；理解平面应力、平面应变的基本概念；学会判定金属材料平面应变断裂韧性的有效性，实验内容提要：每一个同学测量试样尺寸，正确安装试样，在老师的指导下调试试验机进行实验，记录试验值。实验结束后正确确定试验材料临界载荷并计算出对应的断裂韧性。正确判定材料平面应

13、变断裂韧性的有效性。准确画出试样尺寸图，画出试样宏观断口示意图（韧性断口和脆性断口）。独立撰写实验报告。实验类型：研究性必修或选修：必修使用的主要仪器：1.电子拉伸试验机一台2.千分尺一把3.位移传感器一个4.工具读数显微镜一台教学安排及教学方式 教学环节学时分配 课后环节（请打“”）章节数授课实验上机讨论作业自学综合大作业其他60.51.57.实验项目名称：焊接接头工作应力分布测量实验实验目的：通过焊接caa （计算机辅助教学）软件观摩，熟悉焊接接头工作应力分布规律及其影响因素。了解数值计算在焊接接头性能研究中的应用。教学基本要求：了解焊接接头由于焊缝外形尺寸的改变和工艺缺陷等原因引起的应力

14、集中。掌握焊接接头工作应力分布的测量原理与分析方法。实验内容提要：每一个同学测量试样尺寸，正确安装试样，在老师的指导下调试试验机进行实验，记录试验值。实验结束后根据测量结果画出截面应力分布规律图；对比分析测量与有限元计算结果；讨论焊接接头工作应力分布的影响因素；分析测量与计算误差。准确画出试样尺寸图，独立撰写实验报告。实验类型：研究性必修或选修：必修使用的主要仪器：1.电子拉伸试验机一台2. 静态应变仪 （多点）一台3 电阻应变计若干片4 低碳钢模拟对接接头试件（自制）一块5 计算机一台6 ansys软件（商用）教学安排及教学方式 教学环节学时分配 课后环节（请打“”）章节数授课实验上机讨论作业自学综合大作业其他70.51.58.实验项目名称：高分子材料拉伸实验实验目的：掌握微控拉力试验机基本工作原理及使用方法；了解高分子材料力学性能的主要特征。教学基本要求：熟悉和掌握不同的高分子材料在拉伸加载中的不同基本特征。实验内容提要：每一个同学测量试样尺寸，正确安装试样，在老师的指导下调试试验机参量进行实验。实验结束后分析讨论高分子材料和金属材料力学性能的异同。准确画出试样尺寸图，独立撰写实验报告。实验类型：研究性必修或选修：必修使用的主要仪器：1.微控拉伸试验机一台2.试样成型切割器教学安排及教学方式 教学环节学时分配 课后环节（请打“”）章节数授课实验上机讨论作业自学综