《材料力学性能A》教学大纲

《材料力学性能A》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：03145121课程性质：专业必修课程学分：2学分学时：32学时（理论32学时）先修课程：材料科学与工程导论、材料物理化学、材料科学基础、工程材料学等后续课程：毕业实习、毕业设计等适用专业：材料科学与工程开课单位：材料科学与工程学院一、课程说明《材料力学性能A》是材料科学与工程专业一门专业必修课程。本课程主要介绍工程材料在各种载荷作用及服役条件下的力学性能。主要内容包括金属在静载荷和冲击载荷下的力学性能、金属的断裂韧度、疲劳、应力腐蚀、磨损及金属的高温力学性能等。通过本课程的学习，使学生了解影响材料力学性能的主要因素，力学性能测试原理，失效现象的微观机理；掌握金属材料主要性能指标的基本概念、宏观变化规律、测试方法以及它们的工程意义；理解改善和提高金属材料力学性能的主要途径和材料失效的基本分析方法，为正确选择、使用材料提供一定基础，并且为深入学习材料科学与工程领域的专业知识奠定基础。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：掌握金属在静载荷和冲击载荷下的力学性能、金属的断裂韧度、疲劳、应力腐蚀、磨损及金属的高温力学性能。熟悉影响材料力学性能的主要因素，力学性能测试原理，失效现象的微观机理；掌握金属材料主要力学性能指标的基本概念、宏观变化规律、测试方法以及它们的工程意义；课程目标2：具备依据材料力学性能基础理论的材料选择、工艺设计、材料强韧化途径、和材料失效分析等方面的基本能力；具有在金属材料工程相关领域从事机械设计、技术研发、材料加工工艺设计等工作的初步能力。课程目标3：具有良好材料力学性能方面的专业素质；具有良好的社会公德和职业道德、较强的社会责任感和团队合作精神；树立正确的是非观念和劳动意识；具有坚定正确的政治方向、科学的世界观、人生观和价值观。三、课程目标与毕业要求《材料力学性能A》课程教学目标对材料科学与工程专业毕业要求的支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度1.工程知识1.4能运用工程专业知识，解决材料科学和工程专业相关产品的设计、制备、加工、改性、分析、技术开发、应用研究等技术问题。课程目标1：掌握金属在静载荷和冲击载荷下的力学性能、金属的断裂韧度、疲劳、应力腐蚀、磨损及金属的高温力学性能。熟悉影响材料力学性能的主要因素，力学性能测试原理，失效现象的微观机理；掌握金属材料主要力学性能指标的基本概念、宏观变化规律、测试方法以及它们的工程意义；H2.问题分析2.1能认识到提高材料力学性能有多种方案可选，并可通过文献研究寻求最佳的解决方案；2.2能运用数学、自然科学和工程基本原理，分析和验证解决方案的合理性，以获得有效结论；2.3能应用工程基础及专业知识，对解决材料力学性能问题的方案进行有效表达。课程目标2：具备依据材料力学性能基础理论的材料选择、工艺设计、材料强韧化途径、和材料失效分析等方面的基本能力；具有在金属材料工程相关领域从事机械设计、技术研发、材料加工工艺设计等工作的初步能力。M3.设计/开发解决方案3．1能够针对复杂材料力学性能问题，提出解决问题的技术方案。课程目标3：具有良好材料力学性能方面的专业素质；具有良好的社会公德和职业道德、较强的社会责任感和团队合作精神；树立正确的是非观念和劳动意识；具有坚定正确的政治方向、科学的世界观、人生观和价值观。H注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时对应的课程目标1.金属在单向静拉伸载荷下的力学性能1.1拉伸力-伸长曲线和应力-应变曲线；1.2弹性变形；1.3塑性变形；1.4金属的断裂教学要求：掌握表应力-应变曲线表征的拉伸力学性能参数；掌握弹性变形的本质与弹性滞后现象原理；熟悉塑性变形的机制与影响因素。重点:力学性能指标；金属弹性变形、塑性变形及断裂的基本规律和原理；断裂的种类及意义。难点:金属弹性变形、塑性变形及断裂的基本规律和原理。61、2、32.金属在其他静载荷下的力学性能2.1应力状态软性系数；2.2压缩；2.3弯曲；2.4扭转；2.5缺口试样静载荷试验；2.6硬度。教学要求：了解金属材料在扭转、弯曲、压缩载荷下的力学行为；了解材料的缺口效应和缺口敏感度；掌握金属在扭转、弯曲、压缩载荷下的力-变形曲线及基本力学性能指标；掌握金属的硬度测试方法。。重点：压缩、弯曲、扭转、缺口试样拉伸等试验方法的特点、应用范围及其所测定的力学性能指标。难点：应力状态软性系数；缺口效应。61、2、33.金属在冲击载荷下的力学性能3.1冲击载荷下金属变形和断裂的特点；3.2冲击弯曲和冲击韧性；3.3低温脆性；3.4影响韧脆转变温度的冶金因素。教学要求：掌握金属在冲击载荷下的力学性能；了解金属的低温脆性；掌握低温脆性的测试方法；了解影响冲击韧性和韧脆转折温度的因素；掌握低温脆性的测试方法。重点：冲击载荷特点；在冲击载荷下材料的表现；低温冲击韧性。难点：低温冲击韧性。41、2、34.金属的断裂韧度4.1线弹性条件下的金属断裂韧度；4.2断裂韧度K1C的测试；4.3影响断裂韧度K1C的因素；4.4弹塑性条件下的金属断裂韧度。教学要求：了解材料的低应力脆断的现象及本质、裂纹扩张的力学参量；了解线弹性力学和弹塑性力学的应力场分析；理解材料的断裂判据、材料的断裂韧度、影响断裂韧性的基本因素及提高途径；掌握评价金属断裂韧性的指标，金属构件安全性的定量计算。重点：断裂韧度的描述和意义；影响断裂韧度的因素；断裂韧度的测试和应用。难点:影响断裂韧度的因素；断裂韧度的测试。41、2、35.金属的疲劳5.1金属疲劳现象及特点；5.2疲劳曲线及基本疲劳力学性能；5.3疲劳裂纹扩展速率及疲劳门槛值；5.4疲劳过程及机理；5.5影响疲劳强度的主要因素。教学要求：了解金属的疲劳现象；理解材料的疲劳破坏过程、影响疲劳的基本因素及提高途径；掌握疲劳寿命的定量计算，评价材料的疲劳抗力指标。重点：金属疲劳现象及特点；疲劳的种类及特征；疲劳性能的描述及机理；影响材料疲劳性能的因素；抗疲劳对策。难点:疲劳性能的描述及机理。41、2、36.金属的应力腐蚀和氢脆断裂6.1应力腐蚀；6.2氢脆。教学要求：了解应力腐蚀现象；理解应力腐蚀断裂的基本机理以及氢脆的分类；掌握评价材料应力腐蚀的力学性能指标。重点：属的应力腐蚀现象及意义；应力腐蚀断口特征、影响因素及对策。难点:应力腐蚀力学性能指标。31、2、37.金属高温力学性能7.1金属的蠕变现象；7.2蠕变变形与断裂机理；7.3金属高温力学性能指标及其影响因素。教学要求：了解金属的蠕变现象；理解蠕变变形与断裂机理；掌握评价材料的金属高温力学性能指标及影响因素。重点：金属的蠕变现象及蠕变断裂机理。难点:金属高温力学性能指标及影响高温力学性能的因素。31、2、38.金属磨损8.1磨损概念；8.2磨损模型；8.3磨损试验方法.教学要求：了解磨损现象以及磨损分类；理解材料的磨损机理。重点：磨损现象、耐磨性；磨损试验方法。难点:磨损机理、影响因素及对策。21、2、3合计32五、教学方法及手段本课程以课堂讲授为主，采用启发式、讨论式教学和案例教学等，充分用丰富的多媒体和网络资源，使学生在课堂活动中学习掌握材料力学性能的基础知识，了解该类技术的工程应用情况，促进学生积极思考，开发学生的潜能，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力。精选代表性的教学内容，采用视频、图片、软件等丰富的形式类型，安排讨论、习题和测试等，巩固课堂所学知识。六、课程资源1.推荐教材：（1）时海芳，任鑫.材料力学性能（第2版）.北京大学出版社,2015.05.2.参考书：（1）刘瑞堂，刘锦云.金属材料力学性能.哈尔滨工业大学出版社,2015.02.（2）刘胜新.金属材料力学性能手册（第2版）.科学出版社,2018.09.3.期刊：（1）何笠，熊新红，章桥新等.添加Cu对挤压铸造ZK60镁合金力学性能及腐蚀行为的影响.武汉理工大学学报,2018,1(40):80-84.（2）田仕，毛永灵，彭超.超声波作用下Al/Zn-14Al/Cu钎焊接头的显微组织及力学性能.热加工工艺,2019,13(48):30-33.（3）王帅，薛河，崔英浩等.加工塑性硬化对304不锈钢力学参数的影响.西安科技大学学报,2019,39(4):681-687.（4）WeiWang,VasiliyO.Pelenovich.Microstructure,mechanicalandtribologicalpropertiesofWC/a-C:Hcoatingsdepositedbycathodicarcion-plating[J].JournalofVacuum,2016,07:31-39.（5）J.B.Liu,K.Zhang,J.T.Han.StudyonthemicrostructureandmechanicalPropertiesofWE71magnesiumalloy[J].JournalofMaterialsScience&EngineeringA,2014,11:107-113.4.网络资源：（1）材料力学性能,西北工业大学慕课:/course/NWPU-1001600010.（2）材料力学性能,武汉理工大学精品课:.（3）工程材料力学性能（第3版）:/p-9184965370922.html.七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表4。表4课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123过程性考核课堂表现10（1）根据课堂出勤情况和课堂回答问题情况进行考核，满分100分。（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√433作业20（1）主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，以及自主学习和表达能力，满分100分；（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√884阶段测验10（1）主要考核学生对阶段性所学知识点的理解和掌握程度，满分100分；（2）阶段测验单独评分，取该成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以阶段测验成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√442期末考核60（1）卷面成绩100分，以卷面成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。（2）主要考核应力-应变曲线、压缩弯曲扭转、冲击、断裂韧性、疲劳、应力腐蚀、氢脆、蠕变等内容。（3）考试题型为：名词解释、选择题、填空题、判断题、简答题、论述题等。√√√252510合计：100分414019八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂表现、作业、阶段测验、期末考试等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由期末试卷成绩和过程性考核成绩组成。其中：期末试卷成绩为100分（权重60%），试题类型为名词解释、选择题、填空题、判断题、简答题、论述题等类型，试卷中基本知识、基本理论、基本技能的试题分值不超过60%，综合应用题、分析题不低于40%；课堂表现、作业、阶段测验等过程性考核成绩为100分（权重40%）；过程性考核和考试试题分值分配应与教学大纲各章节的学时基本成比例。2.过程性考核成绩的标准过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比重见表5。表5过程性考核方式评价标准考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60课堂表现25笔记完整，积极参与教学活动，踊跃回答问题，准确率大于90%。笔记完整，认真参与教学活动，回答问题准确率大于80%。笔记不完整，偶尔参与教学活动，回答问题准确率大于70%。上课不够认真，基本不记笔记