《材料力学性能》教学大纲

《材料力学性能》教学大纲课程英文名MechanicalPropertiesofMaterials课程代码G0804Y10学分2总学时32理论学时32实验/实践学时0课程类别学科基础课课程性质任选先修课程大学物理、材料科学基础适用专业材料化学开课学院材料学院一、课程地位与课程目标（一）课程地位《材料力学性能》是材料化学专业学生必修的一门重要的学科基础课。重点讲述在各种加载条件下或加载条件与环境（温度、介质）的共同影响下材料的变形和断裂的本质及其基本规律，为正确选择和合理使用材料提供可靠的力学性能依据；为充分发挥材料的性能潜力，改进或创新工艺，研制新材料及机器零件或构件的失效分析提供基础。本课程是从各种构件的服役条件和失效现象出发，提出衡量材料失效抗力的正确指标。通过本课程的学习，要求学生掌握材料各种力学性能指标的物理意义、工程技术意义和测试方法，弄清这些指标之间的相互关系，分析内在因素和外在条件对力学性能指标的影响及其变化规律，对材料强化和韧化具有一定的研究思想和方法的能力。（二）课程目标（1）掌握材料在外加载荷（外力）作用下或载荷和环境因素（温度、介质和加载速率）联合作用下表现的变形、损伤与断裂的行为规律及其物理本质，具有面向实际工程中材料变形和断裂过程的理解能力；（2）掌握材料的断裂韧性，材料的强化与韧化方法，具有针对复杂的材料工程实际问题，进行材料失效分析和新材料设计的能力；（3）掌握各种力学性能指标的意义及其评定方法，掌握各种材料力学性能的影响因素，具有针对复杂大量的工程材料实际问题，对材料力学性能进行预测和控制的能力。二、课程目标达成的途径与方法《材料力学性能》课程教学以课堂教学为主，培养学生利用所学材料学、材料力学、材料的变形和断裂的相关知识，进行材料失效分析和设计，培养学生运用材料基础知识和材料力学性能专业知识，分析和解决材料科学工程领域复杂工程问题的能力。（1）课堂教学主要讲述各种力学性能指标的物理意义和工程技术意义，内在因素和对在条件对力学性能指标的影响及其变化规律，并将实际的工程材料实例融入理论教学中，使学生能够更加容易理解抽象的理论知识，提高学习材料力学性能的兴趣，形成良好的思维方式和学习方法。在课堂教学中，充分引入互动环节，提高教学效果。（2）针对某些较为容易或先期讲解较为充分的知识点，列出部分内容作为学生自主学习环节，训练、形成良好的专业知识学习方法，培养学生自主学习意识和能力。三、课程目标与相关毕业要求的对应关系课程目标课程目标对毕业要求的支撑程度（H、M、L）毕业要求1毕业要求2毕业要求6课程目标1LHL课程目标2HHH课程目标3HMH注：1.支撑强度分别填写H、M或L（其中H表示支撑程度高、M为中等、L为低）。2.不涉及工程教育认证的公共基础课程（含必修和选修）不填写上表。3.各专业的非公共基础课程的毕业要求须根据课程所在专业培养方案进行描述。四、课程主要内容与基本要求第一章绪论主要内容有课程研究对象和任务、材料力学性能发展概况。了解材料化学及材料化学专业新兴的由来及开设这门课意义，通过了解材料力学性能的相关知识，激发学生的学习兴趣。第二章材料在静载荷下的力学性能主要内容有材料的拉伸性能、应力状态图、扭转、弯曲、压缩等静载荷下的力学性能以及材料硬度。掌握材料在静拉伸下的拉伸性能和材料拉伸的各项力学性能指标，并能够开展相应指标的计算。了解不同材料的拉伸性能特点。熟悉扭转、弯曲、压缩这三种不同静载荷加载方式下材料的变化和几种常见硬度测试方法。掌握材料拉伸图和材料应力状态图的曲线特点，并能进行相应的分析和计算。第三章材料的变形主要内容有材料的弹性变形、弹性模量、塑性变形、屈服和形变强化。掌握材料的弹性变形和塑性变形的特点及物理机制。熟悉材料弹性模量和屈服强度的影响因素。了解弹性变形的不完整性和形变强化。第四章材料的强化与韧化主要内容有金属及合金的强化与韧化、陶瓷的强化与韧化。掌握金属及合金材料的四大强化手段及对应的强化机制，了解陶瓷材料的强化和韧化手段。第五章材料的断裂主要内容有断裂分类、宏观断口特征、断裂强度、脆性断裂、韧性断裂、缺口效应、材料的低温脆性。了解断裂的分类以及它的宏观断口特征，掌握材料断裂强度的计算。了解脆性断裂和韧性断裂的断裂机理，熟悉脆性断裂和韧性断裂的微观特征。掌握材料的三大缺口效应、材料缺口敏感性和材料的低温脆性。第六章材料的断裂韧性主要内容有断裂韧性、裂纹尖端附近的应力场、裂纹尖端塑性区、裂纹扩展、断裂韧性的影响因素、断裂韧性。了解材料断裂韧性的基本概念，引出材料断裂力学。分析裂纹尖端附近应力场的应力与应变特点，掌握材料断裂韧性和裂纹尖端塑性区的计算。了解材料断裂韧性的影响因素以及平面应变断裂韧性的测试方法。第七章材料的疲劳主要内容有疲劳现象、疲劳断裂过程及其机理、疲劳强度指标、影响疲劳性能的因素、低周疲劳。了解材料的疲劳和疲劳断裂的特点。熟悉疲劳断裂的过程及疲劳断口的微观特征。掌握疲劳裂纹扩展速率与应力场强度因子的关系曲线和疲劳强度指标。了解疲劳性能的影响因素。熟悉低周疲劳的定义及特点。第八章高温及环境下的材料力学性能主要内容有材料的蠕变、蠕变变形及断裂机制、陶瓷材料的抗热震性能、热疲劳、应力松弛、影响材料高温性能的因素、环境介质作用下的力学性能。了解高温条件下材料的蠕变现象及它的变形机制。掌握蠕变极限和持久强度极限的表示方法。了解金属中的应力松弛现象和材料高温性能的影响因素。掌握环境介质作用下的力学性能，熟悉应力腐蚀、氢断、腐蚀疲劳的定义及特点。第九章材料的磨损和接触疲劳主要内容有摩擦、磨损、磨损机制及提高磨损抗力的因素、材料磨损试验方法、接触疲劳、非金属材料的磨损性能。了解摩擦与磨损的基本概念及分类，熟悉材料磨损曲线变化。了解材料的磨损机制和提高磨损抗力的因素。熟悉接触疲劳的定义及分类，了解影响接触疲劳抗力的因素。五、课程学时安排章节号教学内容学时数学生任务（作业、自学、讨论等任务要求）对应课程目标第一章课程研究对象和任务材料力学性能发展概况2讨论这门课程的研究内容课程目标1、2、3第二章材料的拉伸性能材料在其他静载荷下的力学性能硬度6完成课后习题1-5课程目标1、3第三章材料的弹性变形弹性模量及其影响因素弹性变形的不完整性材料的塑性变形屈服形变强化4完成课后习题1-4课程目标1、3第四章金属及合金的强化与韧化陶瓷材料的强化与韧化高分子材料的强化与韧化复合材料的强化与韧化4完成课后习题1、2课程目标2第五章断裂分类与宏观断口特征断裂强度脆性断裂韧性断裂复合材料的断裂缺口效应材料的低温脆性4完成课后习题1-5课程目标1、3第六章断裂韧性的基本概念裂纹尖端附近的应力场裂纹尖端塑性区的大小及修正裂纹扩展的能量释放率G断裂韧性的影响因素平面应变断裂韧性KIc测试方法4完成课后习题1-5课程目标2、3第七章疲劳现象疲劳断裂过程及其机理疲劳裂纹扩展速率疲劳强度指标影响疲劳性能的因素低周疲劳2完成课后习题1-3课程目标1、3第八章材料的蠕变蠕变变形及断裂机制热疲劳应力松弛影响材料高温性能的因素环境介质作用下的力学性能2完成课后习题1、2课程目标1、3第九章摩擦与磨损的基本概念磨损机制及提高磨损抗力因素材料磨损试验方法接触疲劳非金属材料的磨损性能2完成课后习题1、2课程目标1、3六、实践环节及基本要求无七、考核方式及成绩评定考核内容考核方式评定标准（依据）占总成绩比例过程考核含到课率、课堂讨论发言、平时作业等中国计量大学学生课程平时成绩考核细则30%期末考核开卷试卷参考答案和评分标准70%考核